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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Drehmoments, das entlang einer Rotationsachse einer Welle wirkt, ein System zur Erfassung des Drehmoments einer Welle sowie ein Fahrzeug.
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Im Bereich der Antriebstechnik besteht ein hoher Bedarf daran, die auf eine Welle einer Antriebseinheit wirkenden Drehmomente zu erfassen. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik, wo eine Überwachung und Steuerung von Antriebseinheiten wichtig ist. Die Erfassung und Überwachung des Drehmoments trägt zur Erhöhung der Sicherheit sowie zu einer Steigerung des Fahrkomforts und zu einem Schutz der Antriebskomponenten bei.
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In bekannten Drehmomenterfassungssystemen werden die auf eine Welle einwirkenden mechanischen Verspannungen und die damit in Zusammenhang stehenden Effekte ausgenutzt, um auf den Wert des an die Welle angreifenden Drehmoments rückschließen zu können.
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Hierbei wird häufig der magnetoresistive Effekt verwendet, bei dem die Welle selbst magnetisiert ist und ein an der Welle anliegendes Drehmoment eine Änderung des von der Welle erzeugten Magnetfelds hervorruft, die mit einem Sensor gemessen wird. Eine derartige Messanordnung ist beispielsweise in der
DE 10 2016 205 784 A1 beschrieben. Allerdings hat sich in der Praxis erwiesen, dass die Herstellung einer vormagnetisierten Welle aufwendig und kostspielig ist.
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Es sind auch Messanordnungen bekannt, bei denen die Welle selbst nicht magnetisiert ist. Diese sind jedoch recht aufwendig und weisen einige zusätzliche Komponenten auf. Beispielsweise beschreibt die
WO 2018/202124 eine Kurbelwelle eines Fahrrads, bei dem neben einem magnetischen Ring auf der Kurbelwelle eine die Kurbelwelle umgreifende Hülse angeordnet ist, die eine magnetische Oberfläche aufweist. Zur Bestimmung des Drehmoments ist neben einem Sensor auch eine zusätzliche Spulenanordnung notwendig.
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Ausgehend von dem Stand der Technik stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine vereinfachte und kostengünstige Lösung vorzuschlagen, die eine hochgenaue Bestimmung des Drehmoments, das auf eine Welle wirkt, vornimmt. Gleichzeitig soll die Vorrichtung eine hohe Robustheit und Zuverlässigkeit aufweisen.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Drehmomenterfassung eines entlang einer Rotationsachse einer Welle wirkenden Drehmoments umfassend
eine erste Sensoreinheit, die an einem ersten Ende der Welle angeordnet ist und ein an der Welle fixierbares erstes Geberelement und einen von der Welle beabstandeten ersten Sensor zum Messen eines Magnetfelds aufweist;
eine zweite Sensoreinheit, die an einem zweiten Ende der Welle angeordnet ist und ein an der Welle fixierbares zweites Geberelement und einen von der Welle beabstandeten zweiten Sensor zum Messen eines Magnetfelds aufweist;
wobei die Sensoreinheiten Sensorsignale an einem Ausgang ausgeben,
eine Auswerteeinheit zum Erfassen und Auswerten der Sensorsignale der Sensoreinheiten, die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, eine relative Abweichung der beiden Sensorsignale zu erkennen und einen für ein Drehmoment charakteristischen Wert zu ermitteln und für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Drehmomenterfassung eines entlang einer Rotationsachse einer Welle wirkenden Drehmoments mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung und einer Welle mit einem ersten und zweiten Ende.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem mechanischen oder elektrischen Antrieb mit einem System wie gerade beschrieben. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein entsprechendes Verfahren zur Drehmomenterfassung eines entlang einer Rotationsachse einer Welle wirkenden Drehmoments.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Verfahren, das System und das Fahrzeug entsprechend der für die Vorrichtung und das System in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Die Grundidee der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, zwei Sensoreinheiten für eine Welle vorzuschlagen, die jeweils aus einem Sensor und einem Geberelement gebildet werden. Das Geberelement ist dazu ausgebildet, um an einer Welle, an der ein auftretendes Drehmoment gemessen werden soll, fixiert zu werden. Bei einer auf die Welle wirkenden Torsion oder einem wirkenden Drehmoment wird durch das Geberelement eine Veränderung eines Magnetfeldes hervorgerufen, die mittels des Sensors gemessen werden kann. Die Sensoreinheiten sind von den Wellen beabstandet und vorteilhafterweise ortsfest angeordnet. Sie stellen an ihrem Ausgang Sensorsignale zur Verfügung, die mit dem von dem Sensor gemessenen Magnetfeld korrespondieren. In einer Auswerteeinheit werden die Sensorsignale der beiden Sensoreinheiten erfasst und ausgewertet, wodurch eine relative Abweichung der beiden Sensorsignale erkannt werden kann. Bei einem auf die Welle einwirkenden Drehmoment erfolgt eine Torsion der Welle, sodass an wenigstens einer der beiden Sensoreinheiten ein Signal gemessen wird, das von dem Signal abweicht, das bei Nichteinwirken eines Drehmoments auf die Welle messbar ist. Diese relative Abweichung der beiden Sensorsignale kann mittels der Auswerteeinheit erkannt werden. Aus der Abweichung kann ein für ein Drehmoment charakteristischer Wert ermittelt werden, der von der Auswerteeinheit zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden kann, beispielsweise zur Anzeige in einer Anzeigeeinheit.
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Das Wirkprinzip basiert also darauf, dass durch Einwirken des Drehmoments auf die Welle und die dadurch hervorgerufene Torsion der Welle durch das Geberelement ein Magnetfeld verändert wird, wobei die Veränderung oder Beeinflussung durch den Sensor gemessen werden kann. Beispielsweise kann ein Differenzsignal der beiden Sensoreinheiten gebildet werden. Hieraus lassen sich Änderungen an der Tordierung der Welle leicht erkennen.
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Das Wirkprinzip mit der Vorrichtung lässt sich sowohl bei ruhenden als auch bei sich drehenden Wellen anwenden. Es muss lediglich eine Kalibrierung durchgeführt werden, sodass die von den beiden Sensoren der ersten und zweiten Sensoreinheit gemessenen Signale in einem Zustand der Welle, in dem kein Drehmoment auf die Welle ausgeübt wird, abgespeichert und als Referenzwerte verwendet werden können. Eine Änderung der gemessenen Signale beim Einwirken eines Drehmoments auf die Welle lässt sich dann leicht erkennen, unabhängig davon, ob die Welle bewegt wird, also rotiert, oder nicht.
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Aufgrund des hier beschriebenen Messprinzips ist die Vorrichtung besonders geeignet, um sehr exakt und auf einfache Weise ein auf eine Welle wirkendes Drehmoment zu bestimmen. Darüber hinaus kann die Vorrichtung auch dazu verwendet werden, um die Bewegung, also die Drehzahl einer Welle, hochgenau und sehr präzise zu bestimmen. Somit bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit, zwei unterschiedliche Parameter der Welle zu bestimmen, ohne dass zusätzliche Bauelemente erforderlich sind. Es muss lediglich eine weitere Auswertung vorgenommen werden, was sich kostengünstig realisieren lässt. Darüber hinaus ist es mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, auch die Drehposition einer Welle zu bestimmen, nicht nur relativ, sondern bei einer vorhergehenden Kalibrierung auch absolut.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Geberelement durch Form- oder Kraftschluss oder durch Presspassung an einer Welle fixierbar. Weitere Möglichkeiten sind dem Fachmann bekannt. Das Geberelement lässt sich also technisch einfach und kostengünstig an einer Welle fixieren. Da eine Welle lediglich mit zwei Geberelementen ausgebildet werden muss, ist auch eine einfache Nachrüstung vorhandener Wellen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Hall-Sensor. Derartige Sensoren sind einfach aufgebaut und haben sich als zuverlässig erwiesen, insbesondere können damit nicht nur Änderungen eines Magnetfelds im Ruhezustand, sondern auch bei Bewegung erfolgen. Besonders bevorzugt ist der Sensor ein dreidimensionaler Hall-Sensor. Ebenfalls bevorzugt könnte der Sensor als Differential-Hall-Sensor ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die Sensoren der ersten und zweiten Sensoreinheit unterschiedliche Sensortypen sind. Dies muss lediglich bei einer Kalibrierung berücksichtigt werden. Weitere bevorzugte Sensoren, die insbesondere eine hochgenaue Messung ermöglichen, sind ein AMR-Sensor, der ein anisotroper magnetoresistiver Sensor ist. Eine noch höhere Genauigkeit wird durch einen GMR-Sensor (gigantisch magnetoresistiver Sensor) erzielt. Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Messung lässt sich durch einen TMR-Sensor (tunnelmagnetoresistiver Sensor) oder durch einen CMR-Sensor (kolossaler magnetoresistiver Sensor) erzielen.
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In vorteilhafter Weise umfasst die Sensoreinheit mehrere Sensoren. Bevorzugt sind beide Sensoreinheiten mit mehreren Sensoren ausgestattet. Hierdurch lässt sich die Messgenauigkeit und die Auflösung der Messung erhöhen. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Anzahl der Sensoren in beiden Sensoreinheiten unterschiedlich ist.
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In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet, um einen Drehwinkel zu erfassen. Die Sensoreinheit gibt in diesem Fall ein für den Drehwinkel charakteristisches Sensorsignal aus, das an ihrem Ausgang anliegt. Dieses Sensorsignal wird der Auswerteeinheit zugeführt. Somit kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung der Drehwinkel der Welle bestimmt und ausgegeben werden bzw. für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Je nach Anzahl der verwendeten Sensoren und abhängig vom Sensortyp lässt sich die Auflösung der Drehwinkel verbessern.
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Ebenfalls vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der die Auswerteeinheit in der Lage ist, aus mehreren Drehwinkeln eine korrespondierende Rotationsgeschwindigkeit zu ermitteln. In diesem Fall lässt sich eine Drehbewegung der Welle bestimmen. Dies kann unabhängig davon erfolgen, ob ein Drehmoment auf die Welle wirkt und eine Torsion der Welle erfolgt. Somit ist die Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit unabhängig von der Torsion.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Geberelement als Zahnrad ausgebildet. In diesem Fall umfasst die Sensoreinheit ein von der Welle beabstandetes Magnetelement, das ein Magnetfeld erzeugt. Bevorzugt ist das Magnetelement neben dem Sensor, bevorzugt hinter dem Sensor angeordnet. Der Sensor ist also zwischen dem Geberelement und dem Magnetelement positioniert. Das Magnetelement erzeugt ein Magnetfeld, welches durch das Geberelement, im vorliegenden Fall das Zahnrad, verändert wird. Eine Bewegung des Zahnrads führt dazu, dass eine messbare Änderung des Magnetfelds erzeugt wird, die von dem Sensor detektiert wird. Somit lässt sich auch bei Einsatz eines Zahnrads als Geberelement eine von einem Drehmoment hervorgerufene Bewegung des Zahnrads erfassen. Bevorzugt sind wenigstens mehrere Zähne des Zahnrads ferromagnetisch; besonders bevorzugt ist das Zahnrad ferromagnetisch, beispielsweise aus Stahl, sodass es in der Lage ist, durch Bewegung auf das Magnetfeld einzuwirken.
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In einer alternativen, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung ist das Geberelement als Magnetring ausgebildet, der wenigstens ein Polpaar aufweist. Der Magnetring wird an der Welle angeordnet, sodass eine durch eine Torsion der Welle hervorgerufene Bewegung des Magnetrings von dem Sensor der Sensoreinheit erfasst werden kann. Vorteilhafterweise hat der Magnetring mehrere Polpaare, beispielsweise wenigstens 20 Polpaare, besonders bevorzugt wenigstens 40 Polpaare. In der Antriebstechnik werden bevorzugt Magnetringe verwendet, die wenigstens 50 Polpaare, sehr bevorzugt wenigstens 60 Polpaare aufweisen. Je größer die Zahl der Polpaare, desto höher ist die Auflösung der Sensoreinheit und desto genauer sind die durch die Vorrichtung zur Verfügung gestellten Messwerte. In Fällen, in denen eine besonders hohe Auflösung notwendig ist, kann der Magnetring auch wenigstens 100 Polpaare oder 200 Polpaare und mehr aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Systems bestehend aus Vorrichtung und Welle mit einem ersten und einem zweiten Ende ist die Welle vorteilhafterweise nicht magnetisch. Somit kann das System magnetische oder magnetisierbare wie auch nichtmagnetische Wellen umfassen. Die verwendeten Wellen können beispielsweise aus Aluminium, Karbon, Kunststoff oder ähnlichen Materialien sein. Eine Magnetisierung der Welle ist nicht notwendig, da durch die Sensoreinheit ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Änderung oder das selbst gemessen wird.
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Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des Systems, bei dem die Welle eine Antriebswelle eines Fahrrads oder eines Elektrobikes ist. Ebenfalls vorteilhaft kann die Welle eine Getriebewelle sein, die Teil einer Antriebseinheit ist. Die mit einer Antriebseinheit koppelbare Welle kann beispielsweise zu einem Kraftfahrzeug, einem Motorrad oder einem sonstigen Fahrzeug gehören.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehmomentermittlung und -erfassung eines auf eine Welle wirkenden Drehmoments umfasst mehrere Schritte. Zunächst wird ein erstes Magnetfeld an einem ersten Ende einer Welle gemessen, wobei die Welle am ersten Ende ein Geberelement umfasst. Die Messung erfolgt mittels einer ersten Sensoreinheit, die das erste Geberelement und einen ersten Sensor umfasst. In einem weiteren Schritt wird ein zweites Magnetfeld am zweiten Ende der Welle gemessen, an der ein zweites Geberelement fixiert ist. Die Messung erfolgt mit einer zweiten Sensoreinheit, die das zweite Geberelement und einen zweiten Sensor umfasst. Aus den Messwerten werden erste und zweite Sensorsignale erzeugt, die von den Sensoreinheiten an eine Auswerteeinheit übermittelt werden können. Es erfolgt ein Auswerten der erfassten Sensorsignale. Aus den Sensorsignalen wird das Drehmoment ermittelt, das entlang der Rotationsachse der Welle wirkt. Hierbei wird die relative Abweichung der ersten und zweiten Sensorsignale zugrunde gelegt. Das Verfahren eignet sich zur Erfassung von Drehmomenten, die auf eine rotierende Welle oder eine ruhende Welle wirken können. Es ist also unabhängig davon, ob sich die Welle bewegt oder nicht. Hierbei kann entweder die Abweichung der beiden Magnetfelder zueinander oder die Änderung eines der Magnetfelder zugrunde gelegt werden, um eine Differenz zu ermitteln, die sich aus der Torsion der Welle ergibt. Prinzipiell lassen sich die Geberelemente entweder als Magnetringe ausbilden oder in Form von bevorzugt wenigstens teilweise ferromagnetischen Zahnrädern. Im ersteren Fall erzeugt der Magnetring das der Messung zugrunde liegende Magnetfeld selbst. Bei Einsatz von Zahnrädern als Geberelemente wird durch zusätzliche Magnetelemente ein Magnetfeld erzeugt, welches durch die Bewegung oder Positionsänderung des Zahnrads verändert wird, wobei diese Änderung gemessen werden kann. Die Magnetelemente sind bevorzugt stationär angeordnet. Sie sind von der Welle beabstandet und bevorzugt neben oder hinter den Sensoren positioniert.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens können aus den erfassten Sensorsignalen Drehwinkel ermittelt werden. In einem weiteren Schritt wird vorzugsweise aus mehreren ermittelten Drehwinkeln eine Drehgeschwindigkeit der Welle abgeleitet. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zur Bestimmung des Drehmoments auch die Drehgeschwindigkeit der Welle sehr präzise und exakt und kostengünstig bestimmt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Fahrzeug, in dem ein System gemäß der vorliegenden Erfindung verbaut ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 1 mit einer Vorrichtung 2 zur Drehmomenterfassung eines entlang einer Rotationsachse einer Welle wirkenden Drehmoments und eine Welle 3 mit einem ersten Ende 4 und einem zweiten Ende 5.
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Die Vorrichtung 2 umfasst eine erste Sensoreinheit 6, die am ersten Ende 4 der Welle 3 angeordnet ist. Die erste Sensoreinheit 6 umfasst ein erstes Geberelement 7 und einen ersten Sensor 8. Das erste Geberelement 7 ist an dem ersten Ende 4 an der Welle 3 fixiert. Das erste Geberelement 7 ist als erster Magnetring 9 ausgebildet, der durch Aufschrumpfen oder Presspassung auf der Welle 3 angebracht ist. Der erste Sensor 8 ist von der Welle 3 beabstandet. Er dient zum Messen eines Magnetfeldes, das durch den ersten Magnetring 9 erzeugt wird.
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Die Vorrichtung 2 umfasst weiter eine zweite Sensoreinheit 10, die am zweiten Ende 5 der Welle 3 angeordnet ist. Die zweite Sensoreinheit 10 umfasst ein zweites Geberelement 11 und einen zweiten Sensor 12. Sie ist bevorzugt korrespondierend zur ersten Sensoreinheit 6 ausgebildet. Das zweite Geberelement 11 ist ebenfalls ein Magnetring, hier der zweite Magnetring 13, der am zweiten Ende 5 der Welle 3 fixiert ist. Die Fixierung erfolgt ebenfalls durch beispielsweise Presspassung oder Aufschrumpfen. Weitere Fixiermöglichkeiten sind dem Fachmann bekannt.
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An den beiden Sensoreinheiten 6, 10 liegen jeweils Sensorsignale an deren Ausgang an. Diese Sensorsignale werden an eine Auswerteeinheit 14 übertragen, die zum Erfassen und Auswerten der Sensorsignale der Sensoreinheiten 6, 10 ausgebildet ist.
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Wirkt eine Kraft bzw. ein Drehmoment auf die Welle 3, so erfolgt eine Torsion der Welle 3, sodass sich der erste Magnetring 9 im Vergleich zum zweiten Magnetring 13 relativ bewegt. Diese Bewegung führt zu einer Änderung wenigstens eines der von den Magnetringen 9, 13 erzeugten Magnetfelder, die mit dem ersten Sensor 8 bzw. dem zweiten Sensor 12 gemessen werden. Die relative Änderung der Magnetfelder bzw. die relative Änderung der Sensorsignale an den beiden Sensoreinheiten 6, 10 wird von der Auswerteeinheit 14 erkannt. Aus den Sensorsignalen kann ein für ein Drehmoment charakteristischer Wert ermittelt werden. Dieser Wert wird zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann er an eine Ausgabeeinheit 15 oder Display weitergeleitet und dort dargestellt werden.
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Das erfindungsgemäße System weist den Vorteil auf, dass auf die Welle 3 wirkende Drehmomente, die eine Torsion der Welle 3 hervorrufen, unabhängig von der Bewegung der Welle 3 gemessen werden können. Es ist also möglich, sowohl ein auf eine ruhende Welle 3 wirkendes Drehmoment wie auch ein auf eine sich bewegende Welle 3 wirkendes Drehmoment zu erfassen und zu messen. Entscheidend ist lediglich die relative Änderung der Magnetfelder, die durch den ersten Magnetring 9 und den zweiten Magnetring 13 erzeugt werden.
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Da die beiden Sensoren 8, 12 von der Welle 3 und den Magnetringen 9, 13 beabstandet sind, erfolgt eine berührungslose Messung. Sie ist verschleißfrei und stellt sicher, dass die auf die Welle 3 wirkende externe Kraft nicht verändert wird.
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Der erste Sensor 8 und der zweite Sensor 12 können jeweils als Hall-Sensor oder dreidimensionaler Hall-Sensor ausgebildet sein. Andere Sensoren, die auf dem magnetoresistiven Prinzip beruhen, sind bevorzugt. Beispiele sind ein AMR-Sensor, ein GMR-Sensor, ein TMR-Sensor oder ein CMR-Sensor. Sie ermöglichen eine hohe Auflösung. Um die Auflösung weiter zu erhöhen, können an jedem Ende 4, 5 der Welle 3 mehrere Sensoren 8, 12 angeordnet sein. Die Auflösung lässt sich ebenfalls dadurch erhöhen, dass die Magnetringe mehr als ein Polpaar aufweisen. Vorzugsweise werden zwischen 40 und 60 Polpaare pro Magnetring 9, 13 verwendet, um eine geeignete Auflösung bei Getrieben zu erzielen.
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Das vorliegende System 1 bietet den Vorteil, dass mit der ersten und zweiten Sensoreinheit 6, 10 auch der Drehwinkel der Welle 3 ermittelt werden kann. Die Sensoreinheiten 6, 10 sind also dazu ausgebildet, einen Drehwinkel zu erfassen und ein für den Drehwinkel charakteristisches Sensorsignal an ihrem Ausgang auszugeben, das dann durch die Auswerteeinheit 14 erfasst und ausgewertet wird. Somit lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 auf einfache Weise und mit einer sehr hohen Genauigkeit auch die Rotationsgeschwindigkeit ermitteln, indem mehrere Drehwinkel der Welle 3 ausgewertet werden.
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2 zeigt ein alternatives System 1 mit einer Welle 3, an deren erstem Ende 4 und zweiten Ende 5 ein erstes Geberelement 7 bzw. ein zweites Geberelement 11 angeordnet sind. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 sind die Geberelemente 7, 11 jedoch nicht als Magnetring, sondern als erstes Zahnrad 16 bzw. zweites Zahnrad 17 ausgebildet und an der Welle 3 fixiert.
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Die Vorrichtung gemäß 2 umfasst ebenfalls eine erste und zweite Sensoreinheit 6, 10 und eine Auswerteeinheit 14 sowie eine optionale Ausgabeeinheit 15. Da die Geberelemente 7, 11 als Zahnräder 16, 17 ausgebildet sind, umfassen die Sensoreinheiten 6, 10 zusätzlich ein erstes Magnetelement 18 bzw. ein zweites Magnetelement 19. Die Magnetelemente 18, 19 sind hinter oder neben dem jeweiligen Sensor 8, 12 angeordnet. Die Magnetelemente 18, 19 erzeugen ein Magnetfeld, das durch eine Bewegung der Zahnräder 16, 17 aufgrund einer Bewegung der Welle verändert wird. Diese Änderung des Magnetfelds wird durch die beiden Sensoren 8, 12 gemessen und in der Auswerteeinheit 14 ausgewertet. Das Messprinzip ist das gleiche wie bei der Vorrichtung 2 gemäß 1. Lediglich die Erzeugung des Magnetfelds und der Änderung des zu messenden Magnetfelds erfolgt auf andere Weise. Während in der Ausführungsform gemäß 1 die Bewegung des Magnetrings mit seinen Polpaaren zu einer Änderung des Magnetfelds führt, wird in der Ausführungsform gemäß 2 das Magnetfeld durch die stationären Magnetelemente erzeugt und durch die Zahnräder 16, 17 verändert. Insbesondere sind hierbei die Zähne des jeweiligen Zahnrads 16, 17 entscheidend. Sie müssen aus einem Material gebildet sein, das das Magnetfeld beeinflussen kann, beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material, bevorzugt aus Stahl, Eisen, Gusseisen oder einer ähnlichen eisenförmigen Legierung.
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3 zeigt ein Kraftfahrzeug 20, in dem das System 1 verbaut ist. Das Kraftfahrzeug 20 hat einen Motor 21, dessen Kraft auf die Welle 3 des erfindungsgemäßen Systems 1 übertragen wird. Die Vorrichtung 2 ermittelt mit den beiden Sensoreinheiten, wie oben beschrieben, das auftretende Drehmoment, das in der Auswerteeinheit 14 der Vorrichtung 2 ausgewertet wird. Das Drehmoment kann an einer bevorzugt im Fahrgastraum angeordneten Ausgabeeinheit 15 im Armaturenbrett angezeigt werden. Auf diese Weise hat der Fahrer einen Überblick über das im Motor 21 erzeugte Drehmoment, falls dies gewünscht ist. Selbstverständlich können das ermittelte Drehmoment und die entsprechenden Sensorwerte auch anderen Komponenten der Fahrzeugelektronik zur Verfügung stehen, beispielsweise der Motorsteuerung.
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Selbstverständlich ist es auch denkbar, das erfindungsgemäße System 1 sowohl in der Ausbildung gemäß 1 wie auch in der Ausbildung gemäß 2 in anderen Antriebseinheiten einzusetzen. Dies kann beispielsweise ein Getriebe eines Motors in einem Fahrzeug sein. Es könnte sich bei der Welle aber auch um eine Tretlagerwelle eines Fahrrads handeln, wobei es keine Rolle spielt, ob das Fahrrad mechanisch, also durch die von einem Fahrer aufgebrachte Kraft, angetrieben wird oder elektrisch, wie bei einem E-Bike.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit können die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Vorrichtung
- 3
- Welle
- 4
- erstes Ende von 3
- 5
- zweites Ende von 3
- 6
- erste Sensoreinheit
- 7
- erstes Geberelement
- 8
- erster Sensor
- 9
- erster Magnetring
- 10
- zweite Sensoreinheit
- 11
- zweites Geberelement
- 12
- zweiter Sensor
- 13
- zweiter Magnetring
- 14
- Auswerteeinheit
- 15
- Ausgabeeinheit
- 16
- erstes Zahnrad
- 17
- zweites Zahnrad
- 18
- erstes Magnetelement
- 19
- zweites Magnetelement
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- Motor
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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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- DE 102016205784 A1 [0004]
- WO 2018/202124 [0005]
