DE102020128305A1 - Magnetoelastic sensor unit and arrangement with the magnetoelastic sensor unit - Google Patents

Magnetoelastic sensor unit and arrangement with the magnetoelastic sensor unit Download PDF

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Abstract

Es wird eine magnetoelastische Sensoreinheit 4 zur Erfassung einer auf ein Bauteil 2, 3 wirkenden Kraft und/oder Drehmoment, mit einem Primärsensorbauteil 5, wobei das Primärsensorbauteil 5 einen Magnetbereich M aufweist, welcher bei einer Beaufschlagung des Bauteils 2, 4 mit der Kraft und/oder dem Drehmoment eine Magnetfeldänderung eines Magnetfeldes bewirkt, mit einem Sekundärsensorbauteil 6 zum Erfassen der unter Einwirkung der Kraft und/oder des Drehmoments auf das Bauteil 2, 4 auftretenden Magnetfeldänderung des Magnetfeldes, wobei das Primärsensorbauteil 5 und das Sekundärsensorbauteil 6 in Bezug auf eine Hauptachse H koaxial zueinander angeordnet und in einer Umlaufrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, vorgeschlagen, wobei mindestens einen sich radial erstreckenden Radialabschnitt 15a, wobei der Radialabschnitt 15a fest mit einem der beiden Sensorbauteile 5, 6 verbunden ist, wobei das Primärsensorbauteil 5 und das Sekundärsensorbauteil 6 durch den Radialabschnitt 15a in einer radialen Richtung RR voneinander beabstandet gehalten sind und in einer axialen Richtung AR relativ zueinander gesichert sind.A magnetoelastic sensor unit 4 is used to detect a force and/or torque acting on a component 2, 3, with a primary sensor component 5, with the primary sensor component 5 having a magnetic region M which, when the component 2, 4 is acted upon by the force and/or or the torque causes a magnetic field change in a magnetic field, with a secondary sensor component 6 for detecting the magnetic field change in the magnetic field occurring under the action of the force and/or the torque on the component 2, 4, the primary sensor component 5 and the secondary sensor component 6 being relative to a main axis H are arranged coaxially to one another and can be rotated relative to one another in a direction of rotation, with at least one radially extending radial section 15a, with radial section 15a being firmly connected to one of the two sensor components 5, 6, with primary sensor component 5 and secondary sensor component 6 being connected by the radial section 15a to e are kept spaced from each other in a radial direction RR and are secured relative to each other in an axial direction AR.

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetoelastische Sensoreinheit zur Erfassung einer auf ein Bauteil wirkenden Kraft und/oder Drehmoment mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung mit der magnetoelastischen Sensoreinheit.The invention relates to a magnetoelastic sensor unit for detecting a force and/or torque acting on a component, having the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to an arrangement with the magnetoelastic sensor unit.

Es sind magnetoelastische Sensoren bekannt, welche zum Erfassen eines Drehmomentes auf Basis der Magnetostriktion dienen. Eine derartige Sensorik umfasst in der Regel einen Primärsensor und einen Sekundärsensor. Der Primärsensor ist ein magnetisiertes Bauteil, z.B. eine Welle, das mit einem umlaufenden, in sich geschlossenen Magnetfeld magnetisiert ist. Der Sekundärsensor ist als ein Magnetfeldsensor ausgebildet und dient zur Erfassung einer Magnetfeldänderung des Magnetfeldes, welche in Abhängigkeit des magnetoelastischen Effekts unter Krafteinwirkung (inverse Magnetostriktion) auftritt. Da sich die Magnetfeldänderung proportional zur Krafteinwirkung verhält, kann somit ein Zusammenhang mit dem Drehmoment hergestellt werden.Magnetoelastic sensors are known which are used to detect a torque on the basis of magnetostriction. Such a sensor system usually includes a primary sensor and a secondary sensor. The primary sensor is a magnetized component, such as a shaft, magnetized with a revolving, self-contained magnetic field. The secondary sensor is designed as a magnetic field sensor and is used to detect a magnetic field change in the magnetic field, which occurs as a function of the magnetoelastic effect under the action of a force (inverse magnetostriction). Since the change in the magnetic field is proportional to the force applied, a connection with the torque can be established.

Die Druckschrift DE 102017200528 A1 offenbart einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit zumindest einem Antriebsmotor und einem Getriebe, wobei zumindest ein Drehmomentsensor zur Ansteuerung vorgesehen ist, wobei der Drehmomentsensor zum Erfassen des jeweils anliegenden Drehmomentes in ein Getriebebauteil integriert ist. Insbesondere ist als integrierter Drehmomentsensor ein magnetoelastischer Sensor zum Erfassen des an dem Getriebebauteil anliegenden Drehmomentes vorgesehen.The pamphlet DE 102017200528 A1 discloses a drive train of a vehicle with at least one drive motor and a transmission, wherein at least one torque sensor is provided for activation, the torque sensor for detecting the torque present in each case being integrated into a transmission component. In particular, a magnetoelastic sensor for detecting the torque applied to the transmission component is provided as an integrated torque sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Sensoreinheit zu schaffen, welche sich durch eine kompakte Ausgestaltung sowie eine vereinfachte Montage auszeichnet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Anordnung mit der magnetoelastischen Sensoreinheit vorzuschlagen.The invention is based on the object of creating an improved sensor unit which is distinguished by a compact configuration and simplified assembly. Furthermore, it is the object of the invention to propose an arrangement with the magnetoelastic sensor unit.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinheit mit den Merkmalen das Anspruchs 1 sowie eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a sensor unit having the features of claim 1 and an arrangement having the features of claim 10. Preferred or advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims, the following description and the attached figures.

Die Erfindung betrifft eine magnetoelastische Sensoreinheit, welche zur Erfassung einer auf ein Bauteil wirkenden Kraft und/oder Drehmoment ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Sensoreinheit als ein magnetoelastischer, vorzugsweise invers-magnetostriktiver, Drehmoment- und/oder Kraftsensor ausgebildet.The invention relates to a magnetoelastic sensor unit which is designed and/or suitable for detecting a force and/or torque acting on a component. In particular, the sensor unit is designed as a magnetoelastic, preferably inverse magnetostrictive, torque and/or force sensor.

Das Bauteil kann als ein bewegliches, insbesondere rotierendes, oder stationäres Bauteil ausgebildet sein, welches durch die Kraft und/oder ein Drehmoment beaufschlagt und/oder beaufschlagbar ist. Prinzipiell kann das Bauteil als ein beliebiges Bauteil einer Maschine, Anlage, Fahrzeug oder dergleichen ausgebildet sein, welches während des Betriebs hinsichtlich seiner Belastung überwacht werden muss. Beispielsweise kann das rotierende Bauteil als eine Welle, ein Lager, ein Übertragungselement, z. B. Zahnrad, oder dergleichen ausgebildet sein. Beispielsweise kann das stationäre Bauteil als ein Gehäuse, eine Achse, ein Gestell oder dergleichen ausgebildet sein. Optional umfasst die Sensoreinheit das Bauteil.The component can be designed as a movable, in particular rotating, or stationary component which is and/or can be acted upon by the force and/or a torque. In principle, the component can be designed as any component of a machine, system, vehicle or the like, which must be monitored during operation with regard to its load. For example, the rotating component as a shaft, a bearing, a transmission element, z. B. gear, or the like may be formed. For example, the stationary component can be designed as a housing, an axle, a frame or the like. Optionally, the sensor unit includes the component.

Die Sensoreinheit weist ein Primärsensorbauteil mit einem Magnetbereich auf. Insbesondere ist der Magnetbereich als ein magnetisierbarer und/oder magnetisierter Bereich des Primärsensorbauteils ausgebildet. Alternativ kann das Primärsensorbauteil selbst magnetisiert sein. Bei einer Beaufschlagung des Bauteils mit der Kraft und/oder dem Drehmoment bewirkt der Magnetbereich eine Magnetfeldänderung des Magnetfeldes. Insbesondere ergibt sich bei der Beaufschlagung des Bauteils mit der Kraft und/oder dem Drehmoment eine Magnetfeldkomponente außerhalb und/oder innerhalb des Bauteils deren Größe vom anliegenden Drehmoment abhängt und eine messbare Veränderung des Magnetfeldes bewirkt. Im Speziellen weist der Magnetbereich ein dauerhaftes und/oder in sich geschlossenes Magnetfeld auf, welches im unbelasteten Zustand des Bauteils nicht oder nur als geringfügiges Streufeld aus der Oberfläche des Primärsensorbauteils austritt. Bevorzugt ist der Magnetbereich und/oder das Magnetfeld umlaufend oder zumindest abschnittsweise umlaufend zu einer Hauptachse der Sensoreinheit und/oder einer Bauteilachse des Primärsensorbauteils ausgebildet.The sensor unit has a primary sensor component with a magnet area. In particular, the magnetic area is designed as a magnetizable and/or magnetized area of the primary sensor component. Alternatively, the primary sensor component itself can be magnetized. When the component is subjected to the force and/or the torque, the magnetic area causes a change in the magnetic field. In particular, when the component is subjected to the force and/or the torque, a magnetic field component occurs outside and/or inside the component, the size of which depends on the applied torque and causes a measurable change in the magnetic field. In particular, the magnetic area has a permanent and/or self-contained magnetic field, which in the unloaded state of the component does not emerge from the surface of the primary sensor component, or only emerges as a small stray field. Preferably, the magnetic area and/or the magnetic field is designed to run all the way around or at least in sections to run around a main axis of the sensor unit and/or a component axis of the primary sensor component.

Die Sensorvorrichtung weist ein Sekundärsensorbauteil auf, welches zum Erfassen der unter Einwirkung der Kraft und/oder des Drehmoments auf das Bauteil auftretenden Magnetfeldänderung des Magnetfeldes ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient das Sekundärsensorbauteil zur Erfassung der Kraft bzw. des Drehmoments auf Basis des magnetoelastischen Effekts. Als magnetoelastischen Effekt bezeichnet man insbesondere die Wechselwirkung zwischen der auf das Bauteil einwirkenden Kraft bzw. Drehmoment einerseits und der Änderung des Magnetfelds andererseits. Die Magnetfeldänderung wird im Detail dadurch hervorgerufen, dass sich die sogenannten Weiss-Bezirke im Material des Primärsensorbauteils durch die Belastung des Bauteils verschieben. Normalerweise sind diese Bezirke so verschieden orientiert, dass makroskopisch keine Magnetisierung des Materials zu erkennen ist. In Abhängigkeit der wirkenden Kraft bzw. Drehmoment ändern die Weiss-Bezirke in Betrag und Richtung, sodass eine durch das Sekundärsensorbauteil erfassbare Änderung in der Magnetisierung erfolgt bzw. ein äußeres, erfassbares Magnetfeld erzeugt wird. Insbesondere ist das Sekundärsensorbauteil als mindestens ein Magnetfeldsensor ausgebildet, welcher insbesondere eine Flussdichte und/oder Magnetfeldstärke und/oder eine Magnetfeldrichtung und/oder eine Veränderung derer detektieren kann. Alternativ weist das Sekundärsensorbauteil mindestens eine Primärspule und mindestens eine Sekundärspule auf, wobei das Magnetfeld über die Primärspule generiert und über die Sekundärspule erfassbar ist. Insbesondere ändert sich das Magnetfeld aufgrund einer Permeabilitätsänderung im Material, wobei die Permeabilitätsänderung proportional zu den Spannungen im Material und somit zum Drehmoment ist.The sensor device has a secondary sensor component, which is designed and/or suitable for detecting the change in the magnetic field occurring under the action of the force and/or the torque on the component. In particular, the secondary sensor component serves to detect the force or the torque on the basis of the magneto-elastic effect. The magnetoelastic effect refers in particular to the interaction between the force or torque acting on the component on the one hand and the change in the magnetic field on the other. In detail, the change in the magnetic field is caused by the fact that the so-called white areas in the material of the primary sensor component shift due to the load on the component. Normally, these areas are oriented so differently that no magnetization of the material can be seen macroscopically. Depending on the acting Force or torque change the Weiss areas in magnitude and direction, so that a change in the magnetization that can be detected by the secondary sensor component takes place or an external, detectable magnetic field is generated. In particular, the secondary sensor component is designed as at least one magnetic field sensor, which can in particular detect a flux density and/or magnetic field strength and/or a magnetic field direction and/or a change in it. Alternatively, the secondary sensor component has at least one primary coil and at least one secondary coil, the magnetic field being generated via the primary coil and being detectable via the secondary coil. In particular, the magnetic field changes due to a change in permeability in the material, the change in permeability being proportional to the stresses in the material and thus to the torque.

Das Primärsensorbauteil und das Sekundärsensorbauteil sind in Bezug auf die Hauptachse der Sensoreinheit koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet und in einer Umlaufrichtung um die Hauptachse relativ zueinander verdrehbar. Insbesondere sind das Primärsensorbauteil und das Sekundärsensorbauteil in axialer und radialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse berührungslos und/oder beabstandet zueinander angeordnet. Die Hauptachse ist dabei vorzugsweise durch eine Längsachse und/oder Rotationsachse des Primärsensorbauteils und/oder des Sekundärsensorbauteils und/oder des Bauteils definiert. Durch die Hauptachse sind eine radiale Richtung, eine axiale Richtung und eine Umlaufrichtung definiert, die jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet sind.The primary sensor component and the secondary sensor component are arranged coaxially and/or concentrically with respect to the main axis of the sensor unit and can be rotated relative to one another in a circumferential direction about the main axis. In particular, the primary sensor component and the secondary sensor component are arranged without contact and/or at a distance from one another in the axial and radial direction in relation to the main axis. The main axis is preferably defined by a longitudinal axis and/or axis of rotation of the primary sensor component and/or the secondary sensor component and/or the component. A radial direction, an axial direction and a circumferential direction are defined by the main axis, which are each aligned perpendicularly to one another.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit mindestens oder genau einen sich radial erstreckenden Radialabschnitt aufweist. Der Radialabschnitt hat dabei die Funktion, das Primärsensorbauteil und das Sekundärsensorbauteil in radialer Richtung voneinander beabstandet zu halten und in axialer Richtung relativ zueinander zu sichern. Der Radialabschnitt ist dabei fest, insbesondere drehfest, mit einem der beiden Sensorbauteile verbunden. Insbesondere erstreckt sich der Radialabschnitt parallel und/oder gleichgerichtet zu einer durch die Hauptachse definierte Radialebene. Vorzugsweise ist der Radialabschnitt koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptachse angeordnet und/oder in Umlaufrichtung ununterbrochen ausgebildet. Insbesondere ist der Radialabschnitt als ein ringförmiges und/oder ringscheibenförmiges Element oder Abschnitt ausgebildet.In the context of the invention, it is proposed that the sensor unit has at least or precisely one radially extending radial section. The function of the radial section is to keep the primary sensor component and the secondary sensor component spaced apart from one another in the radial direction and to secure them relative to one another in the axial direction. The radial section is firmly connected, in particular non-rotatably, to one of the two sensor components. In particular, the radial section extends parallel to and/or in the same direction as a radial plane defined by the main axis. The radial section is preferably arranged coaxially and/or concentrically to the main axis and/or is designed to be uninterrupted in the direction of rotation. In particular, the radial section is designed as a ring-shaped and/or annular disk-shaped element or section.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den mindestens einen Radialabschnitt eine besonders stabile und positionsgenaue Montage der beiden Sensorbauteile realisiert werden kann. Zudem wird durch den Radialabschnitt sichergestellt, dass die beiden Sensorbauteile insbesondere in radialer Richtung beabstandet zueinander gehalten sind und somit eine Relativverdrehung zwischen den beiden Sensorbauteilen gewährleistet ist. Des Weiteren kann durch den Radialabschnitt die Montage der Sensoreinheit vereinfacht werden, da durch den Radialabschnitt die beiden Sensorbauteile in einer festgelegten Relativlage zueinander gesichert sind, welche einer bestimmungsgemäßen Einbaulage entspricht.The advantage of the invention is that the at least one radial section allows the two sensor components to be assembled in a particularly stable and precisely positioned manner. In addition, the radial section ensures that the two sensor components are kept spaced apart from one another, in particular in the radial direction, thus ensuring relative rotation between the two sensor components. Furthermore, the installation of the sensor unit can be simplified by the radial section, since the two sensor components are secured in a defined relative position to one another by the radial section, which corresponds to an intended installation position.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit mindestens oder genau einen weiteren Radialabschnitt aufweist. Die mindestens oder genau zwei Radialabschnitte sind in axialer Richtung voneinander beabstandet an einem der Sensorbauteile angeordnet, wobei das andere Sensorbauteil in axialer Richtung zwischen den mindestens oder genau zwei Radialabschnitten angeordnet ist, sodass das Primärsensorbauteil und das Sekundärsensorbauteil durch die mindestens oder genau zwei Radialabschnitte zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengehalten werden. Insbesondere definieren die Radialabschnitte jeweils eine axiale Begrenzung bzw. einen axialen Endanschlag für das dazwischen angeordnete Sensorbauteil, sodass das Sensorbauteil sowohl in axialer Richtung als auch in einer axialen Gegenrichtung verliersicher zwischen je einen Radialabschnitt gehalten ist. Bevorzugt ist das zwischen den Radialabschnitten angeordnete Sensorbauteil mit einem axialen Abstand zu den jeweils benachbarten Radialabschnitten und mit einem radialen Abstand zu dem die Radialabschnitte tragenden Sensorbauteil angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand in axialer und/oder radialer Richtung mehr als 0,1 mm, vorzugsweise mehr als 0,5 mm, im Speziellen mehr als 1 mm. Bevorzugt verbleibt ein Spalt zwischen dem Primärsensorbauteil und dem Sekundärsensorbauteil, welcher eine Rotation zwischen den beiden Sensorbauteilen im eingebauten Zustand ermöglicht. Optional kann mindestens einer der Radialabschnitte eine innenliegende Ausnehmung aufweisen, welche zur axialen und radialen Aufnahme des zwischenliegenden Sensorbauteils ausgebildet und/oder geeignet ist. Im Speziellen kann die Sensoreinheit mehr als zwei der Radialabschnitte aufweisen, wenn beispielsweise mehrere der Sensorbauteile in axialer Richtung hintereinander angeordnet werden. Durch die Anordnung der Radialabschnitte an dem einen Sensorbauteil und die Aufnahme des anderen Sensorbauteils zwischen den beiden Radialabschnitten, wird eine einfach zu handhabende Sensoreinheit vorgeschlagen, welche auch im ausgebauten Zustand zu einer Einheit zusammengehalten wird.In a preferred embodiment it is provided that the sensor unit has at least or precisely one further radial section. The at least or exactly two radial sections are arranged at a distance from one another in the axial direction on one of the sensor components, with the other sensor component being arranged in the axial direction between the at least or exactly two radial sections, so that the primary sensor component and the secondary sensor component form one by the at least or exactly two radial sections common unit are held together. In particular, the radial sections each define an axial limit or an axial end stop for the sensor component arranged between them, so that the sensor component is held captively between each radial section both in the axial direction and in an axial opposite direction. The sensor component arranged between the radial sections is preferably arranged at an axial distance from the respective adjacent radial sections and at a radial distance from the sensor component carrying the radial sections. For example, the distance in the axial and/or radial direction is more than 0.1 mm, preferably more than 0.5 mm, in particular more than 1 mm. A gap preferably remains between the primary sensor component and the secondary sensor component, which allows rotation between the two sensor components in the installed state. Optionally, at least one of the radial sections can have an internal recess which is designed and/or suitable for axially and radially accommodating the intermediate sensor component. In particular, the sensor unit can have more than two of the radial sections if, for example, several of the sensor components are arranged one behind the other in the axial direction. By arranging the radial sections on one sensor component and accommodating the other sensor component between the two radial sections, an easy-to-handle sensor unit is proposed, which is also held together to form a unit when it is removed.

In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das eine Sensorbauteil einen Außenzylinder aufweist oder als dieser ausgebildet ist und dass das andere Sensorbauteil einen Innenzylinder aufweist oder als dieser ausgebildet ist, wobei der Innenzylinder mit dem radialen Abstand in dem Außenzylinder angeordnet ist. Insbesondere ist der Außenzylinder als ein Hohlzylinder, beispielsweise eine Zylinderhülse, ausgebildet. Insbesondere ist der Innenzylinder wahlweise als ein Hohlzylinder, beispielweise eine weitere Zylinderhülse, oder als ein Vollzylinder ausgebildet. Der mindestens eine Radialabschnitt, vorzugsweise jedoch beide Radialabschnitte sind an einem Innenumfang des Außenzylinders angeordnet, um den Innenzylinder in axialer Richtung zu sichern. Insbesondere weist der Innenzylinder in axialer Richtung eine geringere Erstreckung als der Außenzylinder auf, sodass der Innenzylinder zwischen den beiden Radialabschnitten mit dem axialen Abstand angeordnet und/oder anordbar ist. Alternativ ist der mindestens eine Radialabschnitt, vorzugsweise jedoch beide Radialabschnitte an einem Außenumfang des Innenzylinders angeordnet, um den Außenzylinder in axialer Richtung zu sichern. Insbesondere weist der Außenzylinder in axialer Richtung eine geringere Erstreckung als der Innenzylinder auf, sodass der Außenzylinder zwischen den beiden Radialabschnitten mit dem axialen Abstand angeordnet und/oder anordbar ist. Durch die beiden Zylinder wird eine sehr kompakte und platzsparende Sensoreinheit vorgeschlagen.In a further specific embodiment, it is provided that one sensor component has an outer cylinder or is designed as one and that the other sensor component has an inner cylinder cylinder has or is designed as this, wherein the inner cylinder is arranged with the radial distance in the outer cylinder. In particular, the outer cylinder is designed as a hollow cylinder, for example a cylinder sleeve. In particular, the inner cylinder is designed either as a hollow cylinder, for example a further cylinder sleeve, or as a solid cylinder. The at least one radial section, but preferably both radial sections, are arranged on an inner circumference of the outer cylinder in order to secure the inner cylinder in the axial direction. In particular, the inner cylinder has a smaller extent in the axial direction than the outer cylinder, so that the inner cylinder is and/or can be arranged between the two radial sections with the axial spacing. Alternatively, the at least one radial section, but preferably both radial sections, are arranged on an outer circumference of the inner cylinder in order to secure the outer cylinder in the axial direction. In particular, the outer cylinder has a smaller extent in the axial direction than the inner cylinder, so that the outer cylinder is and/or can be arranged between the two radial sections with the axial spacing. A very compact and space-saving sensor unit is proposed by the two cylinders.

Prinzipiell kann der mindestens eine Radialabschnitt als ein separates Bauteil ausgebildet sein, welches formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Innenzylinder bzw. dem Außenzylinder verbunden ist. Beispielsweise ist der mindestens eine Radialabschnitt hierzu als eine Bordscheibe ausgebildet. Alternativ sind der Radialabschnitt und der Innenzylinder bzw. der Außenzylinder aus einem gemeinsamen Materialabschnitt, z.B. urformtechnisch oder umformtechnisch, gefertigt. Beispielsweise ist der mindestens eine Radialabschnitt hierzu durch eine radiale Aufkantung des Innenzylinders gebildet. Alternativ kann zumindest einer der Radialabschnitte lösbar an dem Innenzylinder bzw. dem Außenzylinder angeordnet sein, wobei die Sensoreinheit durch Entfernen von einem der Radialabschnitte geöffnet werden kann, um das andere Sensorbauteil, z.B. im Wartungsfall, einzusetzen oder zu entnehmen.In principle, the at least one radial section can be designed as a separate component which is connected to the inner cylinder or the outer cylinder in a form-fitting and/or force-fitting and/or cohesive manner. For example, the at least one radial section is designed as a flanged wheel for this purpose. Alternatively, the radial section and the inner cylinder or the outer cylinder are made from a common material section, e.g. For example, the at least one radial section is formed for this purpose by a radial edging of the inner cylinder. Alternatively, at least one of the radial sections can be detachably arranged on the inner cylinder or the outer cylinder, with the sensor unit being able to be opened by removing one of the radial sections in order to insert or remove the other sensor component, e.g. for maintenance.

Optional ergänzend weist das Sekundärsensorbauteil ein drehfest mit dem Innenzylinder verbundenes zylindrisches Trägerelement auf, wobei der Innenzylinder mindestens drehfest mit dem Trägerelement verbunden ist. Das Trägerelement kann als ein Vollzylinder oder als ein teilweise oder vollständig ausgebildeter Hohlzylinder ausgebildet sein. Als Vollzylinder ausgebildet, kann das Trägerelement zumindest eine Anbindungsschnittstelle zur Anbindung eines Haltestabs aufweisen. Als teilweise oder vollständig ausgebildeter Hohlzylinder ausgebildet, kann das Halteelement teilweise bzw. vollständig auf den Haltestab, aufgesteckt sein.Optionally, in addition, the secondary sensor component has a cylindrical carrier element which is connected to the inner cylinder in a rotationally fixed manner, the inner cylinder being connected to the carrier element at least in a rotationally fixed manner. The carrier element can be designed as a solid cylinder or as a partially or completely designed hollow cylinder. Designed as a solid cylinder, the carrier element can have at least one connection interface for connecting a retaining rod. Designed as a partially or fully formed hollow cylinder, the retaining element can be partially or fully attached to the retaining rod.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Radialabschnitt an einem axialen Endbereich des Innenzylinders oder des Außenzylinders angeordnet ist, um einen Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsbereich zu verstärken. Bevorzugt ist der mindestens eine Radialabschnitt an dem mit dem Drehmoment und/oder Kraft beaufschlagten Bauteil, insbesondere dem Primärsensorbauteil, zur Verstärkung dessen Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsbereichs angeordnet. Der Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsbereich ist dabei als ein Bereich des Primärsensorbauteils zu verstehen, in welchen das Drehmoment und/oder die Kraft ein- bzw. ausgeleitet wird. Vorzugsweise ist der eine Radialabschnitt an dem einen axialen Endbereich und der andere Radialabschnitt an dem anderen axialen Endbereich des Innen- bzw. Außenzylinders angeordnet. Somit weist der Innen- bzw. Außenzylinder zwei Radialabschnitte auf, die in axialer Richtung einander gegenüberliegend jeweils an einem axialen Endbereich angeordnet sind. Es wird somit eine Sensoreinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders robuste und stabile Anordnung des Innen- bzw. Außenzylinders in einem Montage- und Belastungszustand auszeichnet.In a further embodiment it is provided that the at least one radial section is arranged on an axial end area of the inner cylinder or the outer cylinder in order to increase a torque and/or force transmission area. The at least one radial section is preferably arranged on the component to which the torque and/or force is applied, in particular the primary sensor component, in order to reinforce its torque and/or force transmission range. The torque and/or force transmission area is to be understood as an area of the primary sensor component into which the torque and/or the force is introduced or discharged. One radial section is preferably arranged on one axial end area and the other radial section is arranged on the other axial end area of the inner or outer cylinder. Thus, the inner and outer cylinder has two radial sections, which are arranged opposite one another in the axial direction in each case at an axial end area. A sensor unit is thus proposed which is characterized by a particularly robust and stable arrangement of the inner and outer cylinder in an assembled and loaded state.

In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Innenzylinder eine Montageinnenfläche aufweist, welche zur Montage an einem inneren Bauteil ausgebildet und/oder geeignet ist, und/oder dass der Außenzylinder eine Montageaußenfläche aufweist, welche zur Montage an einem äußeren Bauteil ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist der Innenzylinder über die Montageinnenfläche mit dem inneren Bauteil und/oder der Außenzylinder über die Montageaußenfläche mit dem äußeren Bauteil kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise bleiben die Montageflächen im ausgebauten Zustand der Sensoreinheit unverschlossen und werden dann am Einbauort von dem inneren und dem äußeren Bauteil verschlossen, an welchem die Montageflächen angebracht werden. Insbesondere kann das innere oder das äußere Bauteil als das mit dem Drehmoment und/oder Kraft beaufschlagte Bauteil ausgebildet sein. Dabei ist der Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsbereich durch die Montageinnenfläche bzw. Montageaußenfläche gebildet oder mitgebildet, sodass die durch das Drehmoment oder Kraft hervorgerufenen mechanischen Spannungen auf den als Innen- bzw. Außenzylinder ausgebildeten Primärsensor übertragen werden. Vorzugsweise ist die Montageinnenfläche durch eine Zylindermantelinnenfläche des Innenzylinders und/oder die Montageaußenfläche durch eine Zylindermantelaußenfläche des Außenzylinders gebildet. Das äußere Bauteil kann beispielsweise je nach Ausführung als eine Hohlwelle oder als ein zylindrischer Gehäuseabschnitt ausgebildet sein. Alternativ kann das innere Bauteil je nach Ausführung als eine Welle, insbesondere eine Vollwelle, oder der Haltestab ausgebildet sein. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Innenzylinder über die Montageinnenfläche mit dem Trägerelement verbunden ist. Es wird somit eine Sensoreinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders einfache Montage des Innen- bzw. Außenzylinders auszeichnet, wobei zugleich das Primär- bzw. Sekundärsensorbauteil einfach und somit kostengünstig ausgestaltet werden können.In a further specification, it is provided that the inner cylinder has an inner mounting surface which is designed and/or suitable for mounting on an inner component, and/or that the outer cylinder has an outer mounting surface which is designed and/or suitable for mounting on an outer component is. In particular, the inner cylinder is connected to the inner component via the inner assembly surface and/or the outer cylinder is connected to the outer component via the outer assembly surface in a force-fitting and/or positive and/or material-to-material manner. The mounting surfaces preferably remain unlocked in the removed state of the sensor unit and are then closed at the installation site by the inner and the outer component to which the mounting surfaces are attached. In particular, the inner or the outer component can be designed as the component to which the torque and/or force is applied. In this case, the torque and/or force transmission area is formed or co-formed by the assembly inner surface or assembly outer surface, so that the mechanical stresses caused by the torque or force are transmitted to the primary sensor designed as an inner or outer cylinder. Preferably, the inner assembly surface is formed by an inner surface of the cylinder jacket of the inner cylinder and/or the outer assembly surface is formed by an outer cylinder jacket surface of the outer cylinder. That Depending on the design, the outer component can, for example, be in the form of a hollow shaft or a cylindrical housing section. Alternatively, depending on the design, the inner component can be in the form of a shaft, in particular a solid shaft, or the retaining rod. Provision can furthermore be made for the inner cylinder to be connected to the carrier element via the inner mounting surface. A sensor unit is thus proposed which is characterized by a particularly simple assembly of the inner and outer cylinder, while at the same time the primary and secondary sensor component can be designed in a simple and therefore cost-effective manner.

Alternativ oder optional ergänzend wird der Innen- oder Außenzylinder des Primärsensorbauteils von zwei Stegen getragen, wobei die Stege eine kreisförmige Montagefläche zur Montage an dem inneren bzw. äußeren Bauteil aufweisen. Weiterhin kann das Primärsensorbauteil einen Versteifungsring aufweisen, welcher axial zwischen den beiden Stegen verläuft.Alternatively or optionally in addition, the inner or outer cylinder of the primary sensor component is carried by two webs, the webs having a circular mounting surface for mounting on the inner or outer component. Furthermore, the primary sensor component can have a stiffening ring which runs axially between the two webs.

In einer weiteren konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit mindestens oder genau eine Dichtungseinrichtung aufweist, welche zur Abdichtung eines zwischen dem Primärsensorbauteil und dem Sekundärsensorbauteil gebildeten Messraums ausgebildet und/oder geeignet ist. Bevorzugt ist durch die Dichtungseinrichtung eine ständige Abdichtung des Messraums realisiert, welche sowohl stationär als auch dynamisch, also bei einer Relativverdrehung der beiden Sensorbauteile, vorliegt. Insbesondere ist der Messraum in axialer Richtung durch den bzw. die Radialabschnitt(e) begrenzt und in radialer Richtung einerseits durch den Innenzylinder und andererseits durch den Außenzylinder begrenzt. Die Dichtungseinrichtung ist an einem freien radialen Ende des Radialabschnitts angeordnet. Vorzugsweise liegt die Dichtungseinrichtung bei einer Festlegung an dem Radialabschnitt wahlweise an dem Außenumfang des Innenzylinders und/oder des inneren Bauteils oder alternativ an dem Innenumfang des Außenzylinders und/oder des äußeren Bauteils dichtend an. Die Dichtungseinrichtung kann beispielsweise durch einen Radialwellendichtring oder durch eine Dichtlippe aus einem flexiblen Material ausgebildet sein, sodass eine sichere Dichtfunktion auch bei der Rotation der Bauteile gegeben ist. Alternativ kann die Dichtung als eine Bürstendichtung ausgebildet sein, deren Kernstück hoch flexibel ist und aus einer Vielzahl von Drähten oder Fasern besteht. Diese legen sich flexibel an die zu dichtende Fläche an, sodass eine dynamische und statische Dichtungsfunktion gegeben ist. Es wird somit eine Sensoreinheit vorgeschlagen, welche sich durch einen verbesserten Schutz der Sensorbauteile vor Umwelteinflüssen wie beispielsweise Schmutz, Öl oder Feuchtigkeit auszeichnet. Daraus resultieren zum einen eine präzisere Bestimmung des Drehmoments als auch eine Verlängerung der Lebensdauer der eingesetzten Sensoren.In a further specific implementation, it is provided that the sensor unit has at least or precisely one sealing device which is designed and/or suitable for sealing a measuring space formed between the primary sensor component and the secondary sensor component. A permanent sealing of the measuring chamber is preferably realized by the sealing device, which is present both stationary and dynamic, that is to say with a relative rotation of the two sensor components. In particular, the measuring space is delimited in the axial direction by the radial section(s) and in the radial direction is delimited on the one hand by the inner cylinder and on the other hand by the outer cylinder. The sealing device is arranged at a free radial end of the radial section. When fixed to the radial section, the sealing device preferably rests in a sealing manner either on the outer circumference of the inner cylinder and/or the inner component or alternatively on the inner circumference of the outer cylinder and/or the outer component. The sealing device can be formed, for example, by a radial shaft sealing ring or by a sealing lip made of a flexible material, so that a reliable sealing function is also provided when the components are rotating. Alternatively, the seal may be formed as a brush seal, the core of which is highly flexible and made up of a multiplicity of wires or fibers. These lie flexibly on the surface to be sealed, so that a dynamic and static sealing function is given. A sensor unit is thus proposed which is characterized by improved protection of the sensor components against environmental influences such as dirt, oil or moisture. This results in a more precise determination of the torque as well as an increase in the service life of the sensors used.

In einer alternativen oder optional ergänzenden Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit mindestens eine Lagereinrichtung aufweist, welche zur drehbaren Lagerung der Sensorbauteile relativ zueinander ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient die Lagereinrichtung zur radialen und/oder axialen Lagerung der Sensoreinheit. Die Lagereinrichtung ist an einem freien radialen Ende des Radialabschnitts angeordnet. Die Lagereinrichtung kann als ein Wälzlager ausgebildet sein, wobei die Lagereinrichtung hierzu mindestens einen Innenring und mindestens einen Außenring aufweist, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring eine Mehrzahl an Wälzkörpern abwälzend angeordnet sind. Bei einer Festlegung des Radialabschnitts an dem Innenzylinder kann der Innenring drehfest mit dem Radialabschnitt verbunden sein und der Außenring drehfest mit dem Außenzylinder oder dem äußeren Bauteil verbunden sein. Bei einer Festlegung des Radialabschnitts an dem Außenzylinder kann der Außenring drehfest mit dem Radialabschnitt verbunden sein und der Innenring drehfest mit dem Innenzylinder oder dem inneren Bauteil verbunden sein. Alternativ können die Wälzkörper jedoch auch unmittelbar an dem Radialabschnitt und/oder dem Innen- oder Außenzylinder bzw. dem inneren oder äußeren Bauteil abwälzen. Alternativ kann die Lagereinrichtung als ein Gleitlager ausgebildet sein, wobei die Lagereinrichtung durch mindestens eine Gleitfläche definiert ist. Insbesondere kann die Gleitfläche durch eine Gleitlagerhülse bereitgestellt sein oder unmittelbar an dem Radialabschnitt oder seinem Lagerpartner angeordnet sein. Im Speziellen können die Lagereinrichtung und die Dichtungseinrichtung nebeneinander existieren, wobei die Lagereinrichtung und die Dichtungseinrichtung gemeinsam an dem Radialabschnitt angeordnet sind und/oder die Dichtungseinrichtung in die Lagereinrichtung integriert ist. Es wird somit eine Sensoreinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders reibungsarme und verschleißfreie Relativverdrehung der beiden Sensorbauteile auszeichnet. Durch die Lagereinrichtung wird zudem sichergestellt, dass die beiden Sensorbauteile besonders stabil aneinander abgestützt sind und somit die Messgenauigkeit erhöht werden kann.In an alternative or optionally supplementary development, it is provided that the sensor unit has at least one bearing device which is designed and/or suitable for the rotatable bearing of the sensor components relative to one another. In particular, the bearing device is used for the radial and/or axial bearing of the sensor unit. The bearing device is arranged at a free radial end of the radial section. The bearing device can be embodied as a roller bearing, with the bearing device having at least one inner ring and at least one outer ring for this purpose, with a plurality of rolling elements being arranged in a rolling manner between the inner ring and the outer ring. When the radial section is fixed to the inner cylinder, the inner ring can be connected in a rotationally fixed manner to the radial section and the outer ring can be connected in a rotationally fixed manner to the outer cylinder or the outer component. When the radial section is fixed to the outer cylinder, the outer ring can be connected to the radial section in a rotationally fixed manner and the inner ring can be connected to the inner cylinder or the inner component in a rotationally fixed manner. Alternatively, however, the rolling elements can also roll directly on the radial section and/or the inner or outer cylinder or the inner or outer component. Alternatively, the bearing device can be designed as a plain bearing, with the bearing device being defined by at least one sliding surface. In particular, the sliding surface can be provided by a plain bearing sleeve or can be arranged directly on the radial section or its bearing partner. In particular, the bearing device and the sealing device can exist side by side, with the bearing device and the sealing device being arranged together on the radial section and/or the sealing device being integrated into the bearing device. A sensor unit is thus proposed which is characterized by a particularly low-friction and wear-free relative rotation of the two sensor components. The bearing device also ensures that the two sensor components are supported on one another in a particularly stable manner and the measuring accuracy can thus be increased.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sekundärsensorbauteil eine in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse gerichtete Messrichtung aufweist. Der Radialabschnitt ist dabei aus einem nicht-magnetisch leitenden oder einem schlecht-magnetisch leitenden Material gebildet, wenn die Messrichtung des Sekundärsensorbauteils axial zur Hauptachse und/oder horizontal zu dem Primärsensorbauteil bzw. dessen Magnetbereich gerichtet ist. Insbesondere ist „schlecht-magnetisch leitend“ dahingehend zu verstehen, als dass das Material des Radialabschnitts eine deutlich schlechtere Magnetisierbarkeit als das Material des Primärsensorbauteils bzw. dessen Magnetbereichs aufweist. Beispielsweise ist das Material des Radialabschnitts aus Kunststoff oder einem nicht-ferromagnetischem Material gebildet. Im Speziellen weist das Primärsensorbauteil zwei Magnetspuren auf. Zur Messung des Drehmoments müssen Magnetfelder gemessen werden, welche sich im Bereich des Erdmagnetfelds, ca. 50µT, bewegen. Um eine Kompensation des Erdmagnetfelds im Messsignal zu erreichen, müssen dabei die beiden Magnetspuren gegenläufig ausgebildet sein.In a further embodiment it is provided that the secondary sensor component has a measuring direction directed in the axial direction in relation to the main axis. The radial section is formed from a non-magnetically conductive or a poorly magnetically conductive material when the measuring direction of the secondary sensor component is axial to the main axis and/or horizontal is directed towards the primary sensor component or its magnetic area. In particular, “poorly magnetically conductive” should be understood to mean that the material of the radial section has a significantly poorer magnetizability than the material of the primary sensor component or its magnetic area. For example, the material of the radial section is made of plastic or a non-ferromagnetic material. In particular, the primary sensor component has two magnetic tracks. To measure the torque, magnetic fields must be measured which move in the range of the earth's magnetic field, approx. 50µT. In order to achieve compensation for the earth's magnetic field in the measurement signal, the two magnetic tracks must be designed in opposite directions.

In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sekundärsensorbauteil eine in radialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse gerichtete Messrichtung aufweist. Der Radialabschnitt ist dabei aus einem magnetisch leitenden Material gebildet, wenn die Messrichtung des Sekundärsensorbauteils radial zur Hauptachse und/oder senkrecht zu dem Primärsensorbauteil bzw. dessen Magnetbereich gerichtet ist. Vorzugsweise ist das Material des Radialabschnitts magnetisch und/oder magnetisierbar und/oder ferromagnetisch. Im Speziellen weist das Primärsensorbauteil mindestens eine Magnetspur auf. Dies führt zur Reduzierung des Bauraums, sodass ein kompakter Drehmomentsensor entsteht, welcher in Messsystemen mit geringem Bauraum einsetzbar ist.In an alternative embodiment, it is provided that the secondary sensor component has a measuring direction directed in a radial direction in relation to the main axis. The radial section is formed from a magnetically conductive material when the measuring direction of the secondary sensor component is directed radially to the main axis and/or perpendicular to the primary sensor component or its magnetic area. The material of the radial section is preferably magnetic and/or magnetizable and/or ferromagnetic. In particular, the primary sensor component has at least one magnetic track. This leads to a reduction in installation space, resulting in a compact torque sensor that can be used in measuring systems with little installation space.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Sensoreinheit mit mindestens einem ersten und einem zweiten Maschinenelement und mit der magnetoelastischen Sensoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüchen. Dabei verläuft das erste Maschinenelement zum zweiten Maschinenelement koaxial und ist radial zu diesem beabstandet angeordnet. Typischerweise werden die Maschinenelemente durch eine in einem Gehäuse geführte Welle, durch ein Rotationslager oder durch ähnliche zueinander rotierbare Bauteile gebildet. Insbesondere betrifft die Anordnung einen elektrischen Antriebsstrang, welcher zum Antrieb eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, ausgebildet und/oder geeignet ist. Beispielsweise kann der elektrische Antriebsstrang hierzu als ein Traktionsantrieb, E-Antrieb oder E-Achse ausgebildet sein. Alternativ ist der elektrische Antriebsstrang für einen Wankstabilisator oder eine Windkraftanlage ausgebildet und/oder geeignet. Im Speziellen kann die Anordnung in einer Getriebe- und/oder Antriebsvorrichtung des Antriebsstrangs eingesetzt werden. Eines der beiden Maschinenelemente ist dabei als eine Rotor- und/oder Getriebewelle, insbesondere eine Ritzel-, Zwischen- oder Abtriebswelle, ausgebildet ist. Insbesondere in der Getriebevorrichtung angewendet, ist die Sensoreinheit in und/oder auf der Ritzel-, Zwischen- oder Abtriebswelle angeordnet und/oder anordbar. Insbesondere ist die Sensoreinheit zwischen den beiden Maschinenelementen derart angebracht, dass eine geschlossene Sensoreinheit gebildet ist, in welcher das Primärsensorelement an dem einen Maschinenelement angebracht ist und das Sekundärsensorbauteil an dem anderen Maschinenelement angebracht ist. Insbesondere ist das eine Maschinenelement als ein stationäres und/oder gehäusefestes Maschinenelement, z.B. Gehäuse oder Haltestab, und das andere Maschinenelement als das drehmoment- und/oder kraftbeaufschlagte Maschinenelement, z.B. Welle, ausgebildet, wobei das Primärsensorbauteil mit dem drehmoment- und/oder kraftbeaufschlagten Maschinenelement verbunden ist und das Sekundärsensorbauteil mit dem stationären und/oder gehäusefesten Maschinenelement verbunden ist.A further object of the invention relates to a sensor unit with at least one first and one second machine element and with the magneto-elastic sensor unit according to one of the preceding claims. The first machine element runs coaxially to the second machine element and is arranged at a radial distance from it. Typically, the machine elements are formed by a shaft guided in a housing, by a rotary bearing or by similar components that can rotate relative to one another. In particular, the arrangement relates to an electric drive train which is designed and/or suitable for driving a vehicle, preferably a hybrid or electric vehicle. For example, the electric drive train can be designed as a traction drive, e-drive or e-axle for this purpose. Alternatively, the electric drive train is designed and/or suitable for a roll stabilizer or a wind turbine. In particular, the arrangement can be used in a transmission and/or drive device of the drive train. One of the two machine elements is designed as a rotor and/or gear shaft, in particular a pinion, intermediate or output shaft. Used in particular in the transmission device, the sensor unit is and/or can be arranged in and/or on the pinion, intermediate or output shaft. In particular, the sensor unit is attached between the two machine elements in such a way that a closed sensor unit is formed, in which the primary sensor element is attached to one machine element and the secondary sensor component is attached to the other machine element. In particular, one machine element is designed as a stationary and/or housing-fixed machine element, e.g. housing or retaining rod, and the other machine element as the torque- and/or force-loaded machine element, e.g. shaft, with the primary sensor component having the torque- and/or force-loaded machine element is connected and the secondary sensor component is connected to the stationary and / or housing-fixed machine element.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:

  • 1 eine Anordnung mit einer Sensoreinheit in einer schematischen Schnittdarstellung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 die Sensoreinheit aus 1 in einem schematischen Längsschnitt;
  • 3 die Sensoreinheit aus 1 in einem schematischen Querschnitt;
  • 4 eine alternative Ausführung der Sensoreinheit in einem schematischen Längsschnitt als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 die Sensoreinheit der 4 in einer einem schematischen Querschnitt;
  • 6 eine alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 eine alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 1 als ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 8 eine alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 9 eine alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 3 als ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 10 eine alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 5 als ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 11 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 3 als ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 12 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 5 als ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 13 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 14 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 15 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein zwölftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 16 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein dreizehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 17 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein vierzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 18 eine weitere alternative Ausführung der Sensoreinheit gemäß 4 als ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 19 eine alternative Ausführung der Anordnung gemäß 1 als ein sechzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 20 eine Weiterbildung der Sensoreinheit gemäß 19 als ein siebzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 21 eine weitere alternative Ausführung der Anordnung gemäß 1 als ein achtzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 22 eine weitere alternative Ausführung der Anordnung gemäß 1 als ein neunzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 23 eine weitere alternative Ausführung der Anordnung gemäß 1 als ein zwanzigstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Further features, advantages and effects of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention. show:
  • 1 an arrangement with a sensor unit in a schematic sectional view as a first embodiment of the invention;
  • 2 the sensor unit off 1 in a schematic longitudinal section;
  • 3 the sensor unit off 1 in a schematic cross section;
  • 4 an alternative embodiment of the sensor unit in a schematic longitudinal section as a second embodiment of the invention;
  • 5 the sensor unit 4 in a a schematic cross section;
  • 6 an alternative embodiment of the sensor unit according to 4 as a third embodiment of the invention;
  • 7 an alternative embodiment of the sensor unit according to 1 as a fourth embodiment of the invention;
  • 8th an alternative embodiment of the sensor unit according to 4 as a fifth embodiment of the invention;
  • 9 an alternative embodiment of the sensor unit according to 3 as a sixth embodiment of the invention;
  • 10 an alternative embodiment of the sensor unit according to 5 as a seventh embodiment of the invention;
  • 11 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 3 as an eighth embodiment of the invention;
  • 12 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 5 as a ninth embodiment of the invention;
  • 13 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 4 as a tenth embodiment of the invention;
  • 14 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 4 as an eleventh embodiment of the invention;
  • 15 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 4 as a twelfth embodiment of the invention;
  • 16 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 4 as a thirteenth embodiment of the invention;
  • 17 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 4 as a fourteenth embodiment of the invention;
  • 18 a further alternative embodiment of the sensor unit according to FIG 4 as a fifteenth embodiment of the invention;
  • 19 an alternative embodiment of the arrangement according to 1 as a sixteenth embodiment of the invention;
  • 20 according to a development of the sensor unit 19 as a seventeenth embodiment of the invention;
  • 21 another alternative embodiment of the arrangement according to 1 as an eighteenth embodiment of the invention;
  • 22 another alternative embodiment of the arrangement according to 1 as a nineteenth embodiment of the invention;
  • 23 another alternative embodiment of the arrangement according to 1 as a twentieth embodiment of the invention.

1 zeigt eine Anordnung 1 in einer schematischen Schnittdarstellung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anordnung 1 umfasst ein erstes und ein zweites Maschinenelement 2, 3, welche in Bezug auf eine Hauptachse H koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet und in einer radialen Richtung RR voneinander beabstandet sind. Das erste Maschinenelement 2 dient in diesem Ausführungsbeispiel zur Übertragung eines Drehmoments und/oder ein Kraft, wobei das zweite Maschinenelement 3 zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet ist, um das erste Maschinenelement 2 abschnittsweise aufzunehmen und/oder einzuhausen. In einem Betrieb wird das erste Maschinenelement 2 relativ zu dem zweiten Maschinenelement 3 um die Hauptachse H rotiert, wobei das zweite Maschinenelement 3 stationär verbleibt. Die Hauptachse H bildet somit eine Rotationsachse des ersten Maschinenelements 2. 1 shows an arrangement 1 in a schematic sectional view as a first embodiment of the invention. The arrangement 1 comprises a first and a second machine element 2, 3, which are arranged coaxially and/or concentrically with respect to one another with respect to a main axis H and are spaced apart from one another in a radial direction RR. In this exemplary embodiment, the first machine element 2 serves to transmit a torque and/or a force, with the second machine element 3 being hollow at least in sections in order to accommodate and/or house the first machine element 2 in sections. In operation, the first machine element 2 is rotated relative to the second machine element 3 about the main axis H, with the second machine element 3 remaining stationary. The main axis H thus forms an axis of rotation of the first machine element 2.

Die Anordnung 1 ist beispielsweise zur Anordnung in einem elektrischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs geeignet, wobei das erste Maschinenelement 2 z.B. als eine Rotorwelle eines Elektromotors oder als eine Getriebewelle eines Getriebes ausgebildet sein kann und das zweite Maschinenelement 2 als ein Gehäuse oder eine stationäre Hohlwelle ausgebildet sein kann. Ferner ist denkbar, eine derartige Anordnung 1 in einem Wankstabilisator oder eine Windkraftanlage anzuordnen.The arrangement 1 is suitable, for example, for arrangement in an electric drive train of a vehicle, in which case the first machine element 2 can be designed, for example, as a rotor shaft of an electric motor or as a transmission shaft of a transmission, and the second machine element 2 can be designed as a housing or a stationary hollow shaft . It is also conceivable to arrange such an arrangement 1 in a roll stabilizer or a wind turbine.

Zudem weist die Anordnung 1 eine Sensoreinheit 4 auf, welche zur berührungslosen Erfassung eines auf das ersten Maschinenelements 2 wirkenden Drehmoments und/oder Kraft dient. Diese Informationen können zur Verbesserung des Fahrbetriebs und/oder zur Steuerung und/oder Regelung und/oder Überwachung des Elektromotors genutzt werden. Die Sensoreinheit 4 kann als ein passiver oder aktiver invers-magnetostriktiver Drehmoment- bzw. Kraftsensor ausgebildet sein.In addition, the arrangement 1 has a sensor unit 4 which is used for contactless detection of a torque and/or force acting on the first machine element 2 . This information can be used to improve the driving operation and/or to control and/or regulate and/or monitor the electric motor. The sensor unit 4 can be designed as a passive or active inverse magnetostrictive torque or force sensor.

Die Sensoreinheit 4 umfasst hierzu ein Primärsensorbauteil 5, wobei das Primärsensorbauteil 5 mit dem ersten Maschinenelement 2 verbunden ist. Hierzu weist das Primärsensorbauteil 5 einen Innenzylinder 7 mit einer Montageinnenfläche 8 auf, wobei der Innenzylinder 7 über die Montageinnenfläche 8 drehfest mit einem Außenumfang des ersten Maschinenelement 2 verbunden ist, sodass eine drehmoment- und kraftübertragende Positionierung des Primärsensorbauteils 5 an dem ersten Maschinenelement 2 sichergestellt ist. Das Primärsensorbauteil 5 erfährt somit die gleiche Verformung wie das erste Maschinenelement 2 bei einer Beaufschlagung durch das Drehmoment und/oder die Kraft. Insbesondere ist der Innenzylinder 7 als eine zylindrische Hülse ausgebildet.For this purpose, the sensor unit 4 comprises a primary sensor component 5 , the primary sensor component 5 being connected to the first machine element 2 . For this purpose, the primary sensor component 5 has an inner cylinder 7 with an inner mounting surface 8, the inner cylinder 7 being connected in a torque-proof manner to an outer circumference of the first machine element 2 via the inner mounting surface 8, so that a torque and force-transmitting positioning of the primary sensor component 5 on the first machine element 2 is ensured . The primary sensor component 5 thus experiences the same deformation as the first machine element 2 when acted upon by the torque and/or the force. In particular, the inner cylinder 7 is designed as a cylindrical sleeve.

Die Sensoreinheit 4 umfasst zudem ein Sekundärsensorbauteil 6, wobei das Sekundärsensorbauteil 6 mit dem zweiten Maschinenelement 3 verbunden ist. Das Sekundärsensorbauteil 6 weist einen Außenzylinder 9 auf, wobei der Außenzylinder 9 über eine Montageaußenfläche 10 mit einem Innenumfang des zweiten Maschinenelements 3 verbunden ist. Insbesondere ist der Außenzylinder 9 als eine weitere zylindrische Hülse ausgebildet, wobei der Innenzylinder 7 und der Außenzylinder 9 in Bezug auf die Hauptachse H koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Beispielsweise können der Innen- und/oder der Außenzylinder 7, 9 durch beispielsweise Aufpressen, Kleben, Löten oder Schweißen mit dem jeweiligen Maschinenelement 2, 3 verbunden sein.The sensor unit 4 also includes a secondary sensor component 6 , the secondary sensor component 6 being connected to the second machine element 3 . The secondary sensor component 6 has an outer cylinder 9 , the outer cylinder 9 being connected to an inner circumference of the second machine element 3 via an outer mounting surface 10 . In particular, the outer cylinder 9 is designed as a further cylindrical sleeve, with the inner cylinder 7 and the outer cylinder 9 being arranged coaxially and/or concentrically with respect to the main axis H. For example, the inner and/or the outer cylinder 7, 9 can be attached by pressing, gluing, Soldering or welding with the respective machine element 2, 3 can be connected.

Das Primärsensorbauteil 5 weist einen Magnetbereich M auf, welcher bei einer Belastung des ersten Maschinenelments 2 mit der Kraft und/oder dem Drehmoment aufgrund des im Material auftretenden invers-magnetostriktiven Effekts eine Magnetfeldänderung eines Magnetfeldes bewirkt. Insbesondere weist das Primärsensorbauteil 5 hierzu ein Material oder eine Oberfläche bzw. Beschichtung auf, welche bei Einprägung einer mechanischen Kraftkomponente den invers-magnetostriktiven Effekt zeigt. Beispielsweise kann das Primärsensorbauteil 5 selbst aus einem magnetisierbaren und/oder magnetisierten Material gebildet sein. Besonders bevorzugt wird als Primärsensorbauteil 5 eine magnetisierte Hülse genutzt, die koaxial zu dem ersten Maschinenelement 2 angeordnet ist. Alternativ kann das Primärsensorbauteil 5 mit einer magnetisierbaren und/oder magnetisierten Beschichtung versehen sein. Beispielsweise kann das Primärsensorbauteil 5 ein umlaufend geschlossenes Magnetfeld aufweisen, das sich infolge der Drehmoment- bzw. Kraftbeaufschlagung des ersten Maschinenelements 2 verändert.The primary sensor component 5 has a magnetic area M which causes a magnetic field change in a magnetic field when the first machine element 2 is loaded with the force and/or the torque due to the inverse magnetostrictive effect occurring in the material. For this purpose, the primary sensor component 5 in particular has a material or a surface or coating which exhibits the inverse magnetostrictive effect when a mechanical force component is impressed. For example, the primary sensor component 5 itself can be formed from a magnetizable and/or magnetized material. A magnetized sleeve, which is arranged coaxially to the first machine element 2 , is particularly preferably used as the primary sensor component 5 . Alternatively, the primary sensor component 5 can be provided with a magnetizable and/or magnetized coating. For example, the primary sensor component 5 can have a circumferentially closed magnetic field that changes as a result of the torque or force being applied to the first machine element 2 .

Das Sekundärsensorbauteil 6 ist ausgebildet, die unter Einwirkung der Kraft und/oder des Drehmoments auftretende Magnetfeldänderung des Primärsensorbauteils 5 zu erfassen. Als passiver invers-magnetostriktiver Drehmoment- bzw. Kraftsensor ausgebildet, kann das Magnetfeld im Magnetbereich M des Primärsensorbauteils 5 vorliegen und/oder durch diesen erzeugt sein, wobei das Sekundärsensorbauteil 6 ein oder mehrere Magnetfeldsensoren aufweist, welche das Magnetfeld M berührungslos erfassen. Das Sekundärsensorsensorbauteil 6 weist dabei eine Messrichtung auf, welche horizontal, insbesondere in axialer Richtung R, und/oder vertikal, insbesondere in radialer Richtung R, zu dem Primärsensorbauteil 7 gerichtet ist. Das Sekundärsensorbauteil 6 umfasst hierzu mehrere Sensorelemente 12 die auf einer Platine 13 angeordnet oder in diese eingebettet sind. Als aktiver invers-magnetostriktiver Drehmoment- bzw. Kraftsensor ausgebildet, kann das Sekundärsensorbauteil 6 mindestens eine Primärspule und mindestens eine Sekundärspule als die Sensorelemente 12 aufweisen, wobei das Magnetfeld über die mindestens eine Primärspule generiert und über die mindestens eine Sekundärspule erfasst wird.The secondary sensor component 6 is designed to detect the change in the magnetic field of the primary sensor component 5 occurring under the action of the force and/or the torque. Designed as a passive inverse magnetostrictive torque or force sensor, the magnetic field can be present in the magnetic region M of the primary sensor component 5 and/or generated by it, with the secondary sensor component 6 having one or more magnetic field sensors which detect the magnetic field M without contact. The secondary sensor sensor component 6 has a measuring direction which is directed horizontally, in particular in the axial direction R, and/or vertically, in particular in the radial direction R, to the primary sensor component 7 . For this purpose, the secondary sensor component 6 comprises a plurality of sensor elements 12 which are arranged on a circuit board 13 or are embedded in it. Designed as an active inverse-magnetostrictive torque or force sensor, the secondary sensor component 6 can have at least one primary coil and at least one secondary coil as the sensor elements 12, with the magnetic field being generated via the at least one primary coil and being detected via the at least one secondary coil.

Die Sensoreinheit 4 weist einen ersten und einen zweiten Radialabschnitt 15a, b auf, welche an dem Primärsensorbauteil 5 bzw. an einem Außenumfang des Innenzylinders 7 angeordnet sind und in radialer Richtung RR nach außen gerichtet sind. Das Primärsensorbauteil 5 und das Sekundärsensorbauteil 6 sind in radialer Richtung RR voneinander beabstandet und durch die beiden Radialabschnitte 15a, b in radialer Richtung RR und in axialer Richtung AR relativ zueinander positioniert. Die beiden Radialabschnitte 15a, b können jeweils durch eine Bordscheibe gebildet sein, welche form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem Innenzylinder 7 verbunden ist. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass die beiden Radialabschnitte 15a, b und die Innenhülse 7 aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gefertigt sind und somit einstückig miteinander verbunden sind. Insbesondere ist ein Messraum 14 zwischen den beiden Sensorbauteilen 5, 6 definiert, welcher in axialer Richtung AR durch die Radialabschnitte 15a, b und in radialer Richtung RR durch den Innen- bzw. Außenzylinder 7, 9 begrenzt ist.The sensor unit 4 has a first and a second radial section 15a, b, which are arranged on the primary sensor component 5 or on an outer circumference of the inner cylinder 7 and are directed outwards in the radial direction RR. The primary sensor component 5 and the secondary sensor component 6 are spaced apart from one another in the radial direction RR and are positioned relative to one another in the radial direction RR and in the axial direction AR by the two radial sections 15a, b. The two radial sections 15a, b can each be formed by a flanged wheel which is connected to the inner cylinder 7 in a positive, non-positive or material connection. Alternatively, however, it is also conceivable that the two radial sections 15a, b and the inner sleeve 7 are made from a common material section and are therefore connected to one another in one piece. In particular, a measuring space 14 is defined between the two sensor components 5, 6, which is delimited in the axial direction AR by the radial sections 15a, b and in the radial direction RR by the inner and outer cylinders 7, 9, respectively.

Das Sekundärsensorbauteil 6 ist bei dieser Ausführung in axialer Richtung AR zwischen den beiden Radialabschnitten 15a, b angeordnet und somit in axialer Richtung verliersicher gehalten. Durch diese Konstruktion werden das Primärsensorbauteil 5 und das Sekundärsensorbauteil 6 auch im ausgebauten Zustand zu einer Einheit zusammengehalten. Im eingebauten Zustand ist das Sekundärsensorbauteil 6 mit einem axialen Abstand zu den beiden Radialabschnitten 15a, b und in radialer Richtung RR mit einem radialen Abstand zu dem Primärsensorbauteil 7 angeordnet. Somit kann das Primärsensorbauteil 5 radial etwa in Position gehalten werden und mit seiner Oberfläche nicht an das Sekundärsensorbauteil 6 stoßen.In this embodiment, the secondary sensor component 6 is arranged in the axial direction AR between the two radial sections 15a, b and is thus held captive in the axial direction. As a result of this construction, the primary sensor component 5 and the secondary sensor component 6 are held together to form a unit even when they are removed. In the installed state, the secondary sensor component 6 is arranged at an axial distance from the two radial sections 15a, b and in the radial direction RR at a radial distance from the primary sensor component 7 . In this way, the primary sensor component 5 can be held approximately in position radially and its surface cannot strike the secondary sensor component 6 .

Die beiden Radialabschnitte 15a, b sind jeweils in einem axialen Endbereich des Innenzylinders 7 angeordnet, wo sie zusätzlich der Versteifung eines Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsbereichs dienen. Insbesondere ist der Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsbereich als ein Bereich des Primärsensorbauteils 5 definiert, in welchen das Drehmoment und/oder Kraft bei einer Belastung des ersten Maschinenelements 2 ein- bzw. ausgeleitet wird.The two radial sections 15a, b are each arranged in an axial end area of the inner cylinder 7, where they also serve to reinforce a torque and/or force transmission area. In particular, the torque and/or force transmission area is defined as an area of the primary sensor component 5 into which the torque and/or force is introduced or discharged when the first machine element 2 is loaded.

Die beiden Radialabschnitte 15a, b sind vorzugsweise aus einem nicht- oder schlecht-magnetisch leitenden Material gebildet, wenn die Messrichtung des Sekundärsensorbauteils 6 in axialer Richtung RA bzw. horizontal zu dem Primärsensorbauteil 5 gerichtet ist. Beispielsweise können die beiden Radialabschnitte 15a, b aus Kunststoff gebildet sein. Alternativ sind die beiden Radialabschnitte 15a, b aus einem magnetisch leitenden Material gebildet, wenn die Messrichtung des Sekundärsensorbauteils 6 in radialer Richtung RR bzw. senkrecht zu dem Primärsensorbauteil 5 gerichtet ist.The two radial sections 15a, b are preferably formed from a non-magnetically or poorly magnetically conductive material when the measuring direction of the secondary sensor component 6 is directed in the axial direction RA or horizontally to the primary sensor component 5. For example, the two radial sections 15a, b can be made of plastic. Alternatively, the two radial sections 15a, b are formed from a magnetically conductive material if the measuring direction of the secondary sensor component 6 is directed in the radial direction RR or perpendicular to the primary sensor component 5.

Die beiden Radialabschnitte 15a, b sind in der radialen Richtung RR beabstandet zu dem zweiten Maschinenelement 3 angeordnet, wobei der dadurch gebildete Zwischenraum zur Durchführung einer elektrischen Leitung 16, z.B. ein Kabel für das Sekundärsensorbauteil 6 genutzt werden kann.The two radial sections 15a, b are arranged spaced apart from the second machine element 3 in the radial direction RR, the gap formed thereby for the passage an electrical line 16, for example a cable for the secondary sensor component 6 can be used.

Die 2 und 3 zeigen jeweils die Sensoreinheit 4 in einem ausgebauten Zustand, wobei in 4 ein Querschnitt A-A, wie in 2 angedeutet, der Sensoreinheit 4 dargestellt ist. Wie der 3 zu entnehmen, weist das Sekundärsensorbauteil 6, insbesondere der Außenzylinder 9, mehrere in Umlaufrichtung um die Hauptachse H verteilte Ausnehmungen 17 auf, welche zur Aufnahme jeweils einer Platine 13 mit den darauf angeordneten Sensorelementen 12 dient. Insgesamt weist das Sekundärsensorbauteil 6 vier der Ausnehmungen 17 verwendet, die jeweils um 90 Grad versetzt angeordnet sind. Die Ausnehmungen 17 können durch jeweils eine Nut, Tasche oder Einprägung gebildet sein, wobei in jeder Ausnehmung 17 eine der Platinen 13 aufgenommen ist. Insbesondere sind die Sensorelemente 12 in radialer Richtung RR gegenüber dem Innendurchmesser des Außenzylinders 9 versetzt angeordnet, wodurch die Sensorelemente 12 geschützt sind.the 2 and 3 each show the sensor unit 4 in a removed state, with FIG 4 a cross-section AA, as in 2 indicated, the sensor unit 4 is shown. Once again 3 As can be seen, the secondary sensor component 6, in particular the outer cylinder 9, has a plurality of recesses 17 distributed around the main axis H in the direction of rotation, which is used to accommodate a circuit board 13 with the sensor elements 12 arranged thereon. Overall, the secondary sensor component 6 uses four of the recesses 17, which are each offset by 90 degrees. The recesses 17 can each be formed by a groove, pocket or impression, one of the circuit boards 13 being accommodated in each recess 17 . In particular, the sensor elements 12 are offset in the radial direction RR with respect to the inner diameter of the outer cylinder 9, as a result of which the sensor elements 12 are protected.

Die 4 und 5 zeigen die Sensoreinheit 4 in einer schematischen Längs- und Querschnittdarstellung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Sensoreinheit 4 ist dabei funktional identisch mit der bereits zuvor beschriebenen Sensoreinheit 4, weshalb auf eine weitere Beschreibung der Funktion verzichtet und nur auf die konstruktiven Unterschiede eingegangen wird. Die Sensoreinheit 4 ist dabei für eine Anordnung 1 geeignet, bei der das zweite Maschinenelement 3, vgl. 1, mit dem Drehmoment und/oder der Kraft beaufschlagt wird und das erste Maschinenelement 2 stationär verbleibt. In einem Betrieb wird somit das zweite Maschinenelement 3 relativ zu dem ersten Maschinenelement 2 um die Hauptachse H rotiert. Beispielsweise ist das zweite Maschinenelement 3 als eine Hohlwelle und das erste Maschinenelement 2 als ein koaxial in der Hohlwelle geführter Haltestab ausgebildet.the 4 and 5 show the sensor unit 4 in a schematic longitudinal and cross-sectional view as a second embodiment of the invention. The sensor unit 4 is functionally identical to the sensor unit 4 already described above, which is why a further description of the function is dispensed with and only the structural differences are discussed. The sensor unit 4 is suitable for an arrangement 1 in which the second machine element 3, cf. 1 , Is acted upon by the torque and/or the force and the first machine element 2 remains stationary. During operation, the second machine element 3 is thus rotated about the main axis H relative to the first machine element 2 . For example, the second machine element 3 is designed as a hollow shaft and the first machine element 2 is designed as a holding rod guided coaxially in the hollow shaft.

Das Primärsensorbauteil 5 ist dabei an dem zweiten Maschinenelement 3 und das Sekundärsensorbauteil 6 an dem ersten Maschinebauteil 2 angeordnet und/oder anordbar. Das Primärsensorbauteil 5 umfasst hierzu den Außenzylinder 9 und das Sekundärsensorbauteil 6 den Innenzylinder 7, wobei der Innenzylinder 7 und der Außenzylinder 9 entsprechend zur Erfassung des Drehmoments und/oder der Kraft auf Basis des magnetostriktiven Effekts, wie zuvor beschrieben, ausgebildet sind.The primary sensor component 5 is and/or can be arranged on the second machine element 3 and the secondary sensor component 6 on the first machine component 2 . For this purpose, the primary sensor component 5 comprises the outer cylinder 9 and the secondary sensor component 6 the inner cylinder 7, with the inner cylinder 7 and the outer cylinder 9 being designed accordingly for detecting the torque and/or the force on the basis of the magnetostrictive effect, as described above.

Die beiden Radialabschnitte 15a, b sind bei dieser Ausführungsform 15a, b an einem Innenumfang des Außenzylinders 9 angeordnet und somit in radialer Richtung RR nach innen gerichtet. Das Sekundärsensorbauteil 6 bzw. der Innenzylinder 7 ist somit in axialer Richtung AR zwischen den beiden Radialabschnitten 15a, b mit dem axialen Abstand angeordnet und in radialer Richtung RR mit dem radialen Abstand zu dem Primärsensorbauteil 5 bzw. der Außenhülse 9 angeordnet.In this embodiment 15a, b, the two radial sections 15a, b are arranged on an inner circumference of the outer cylinder 9 and are therefore directed inwards in the radial direction RR. The secondary sensor component 6 or the inner cylinder 7 is thus arranged in the axial direction AR between the two radial sections 15a, b with the axial spacing and in the radial direction RR with the radial spacing from the primary sensor component 5 or the outer sleeve 9 .

Die 6 zeigt die Anordnung 1 mit der Sensoreinheit 4 gemäß der 4 und 5 als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Ausführung weist die Sensoreinheit 4 zusätzlich eine erste und eine zweite Dichtungseinrichtung 18a, b auf, welche zur Abdichtung des zwischen dem Primärsensorbauteil 5 und dem Sekundärsensorbauteil 6 gebildeten Messraums 14 dient. Die erste Dichtungseinrichtung 18a ist dabei an einem freien radialen Ende des ersten Radialabschnitts 15a und die zweite Dichtungseinrichtung 18b an einem freien radialen Ende des zweiten Radialabschnitts 15b angeordnet. Hierzu weisen die beiden Radialabschnitte 15a, b jeweils eine umlaufende Dichtungsaufnahme 19a, b, z.B. eine Ringnut, auf, in welcher jeweils die zugehörige Dichtungseinrichtung 18a, b aufgenommenen ist. Die beiden Dichtungseinrichtungen 18a, b sind jeweils als eine umlaufende Dichtlippe ausgebildet, welche in eingebauten Zustand der Sensoreinheit 4 dichten an dem Außenumfang des ersten Maschinenelements 2 anliegen. Der Messraum 14 ist somit in axialer Richtung AR durch die beiden Radialabschnitte 15a, b begrenzt und durch die Dichtungseinrichtungen 15a, b vorzugsweise fluiddicht abgedichtet.the 6 shows the arrangement 1 with the sensor unit 4 according to FIG 4 and 5 as a third embodiment of the invention. In this embodiment, the sensor unit 4 additionally has a first and a second sealing device 18a, b, which serves to seal the measuring space 14 formed between the primary sensor component 5 and the secondary sensor component 6. The first sealing device 18a is arranged on a free radial end of the first radial section 15a and the second sealing device 18b on a free radial end of the second radial section 15b. For this purpose, the two radial sections 15a, b each have a circumferential seal receptacle 19a, b, for example an annular groove, in which the associated sealing device 18a, b is accommodated. The two sealing devices 18a, b are each designed as a circumferential sealing lip, which in the installed state of the sensor unit 4 bears tightly against the outer circumference of the first machine element 2. The measuring chamber 14 is thus delimited in the axial direction AR by the two radial sections 15a, b and preferably sealed in a fluid-tight manner by the sealing devices 15a, b.

Alternativ kann die Sensoreinheit der 1 bis 3 ebenfalls die Dichtungseinrichtungen 18a, b aufweisen, wobei diese entsprechend an dem Innenumfang des zweiten Maschinenelements 3 dichtend anliegen, um den Messraum 14 abzudichten.Alternatively, the sensor unit 1 until 3 also have the sealing devices 18a, b, which bear against the inner circumference of the second machine element 3 in a sealing manner in order to seal off the measuring chamber 14.

Die 7 und 8 zeigen jeweils eine abgewandelte Form des Primärsensorbauteils 5 als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Sensoreinheit 4 der 7 gleicht der in den 1 bis 3 gezeigten Bauweise, wobei in dieser Ausführungsform das als Innenzylinder 7 ausgebildete Primärsensorbauteil 5 einen Freiraum 20 zur magnetischen Entkopplung des Primärsensorbauteils 5 von dem ersten Maschinenelement 2 aufweist. Die Sensoreinheit 4 der 8 gleicht der in den 4 und 5 gezeigten Bauweise, wobei in dieser Ausführungsform das als Außenzylinder 9 ausgebildete Primärsensorbauteil 5 einen Freiraum 20 zur magnetischen Entkopplung des Primärsensorbauteils 5 von dem zweiten Maschinenelement 3 aufweist. Dabei kann durch den Freiraum 20 ein Luftspalt, insbesondere ein die Hauptachse H umlaufender Ringspalt, zwischen dem Primärsensorbauteil 5 und dem jeweiligen Maschinenelement 2, 3 gebildet sein. Optional kann der Freiraum 20 mit einem nicht-magnetisierbaren bzw. nichtmagnetischen Material ausgefüllt sein, um die magnetische Entkopplung zu realisieren. Beispielsweise kann der Freiraum 20 durch eine radiale Aufkantung des Innen- bzw. Außenzylinders 7, 9 gebildet sein.the 7 and 8th each show a modified form of the primary sensor component 5 as further exemplary embodiments of the invention. The sensor unit 4 of 7 same as the one in the 1 until 3 shown construction, wherein in this embodiment, the primary sensor component 5 designed as an inner cylinder 7 has a free space 20 for magnetic decoupling of the primary sensor component 5 from the first machine element 2 . The sensor unit 4 of 8th same as the one in the 4 and 5 shown construction, wherein in this embodiment, the primary sensor component 5 designed as an outer cylinder 9 has a free space 20 for magnetic decoupling of the primary sensor component 5 from the second machine element 3 . An air gap, in particular an annular gap running around the main axis H, can be formed between the primary sensor component 5 and the respective machine element 2 , 3 through the free space 20 . Optionally, the free space 20 can be made of a non-magnetizable or non-magnetic material be filled in order to realize the magnetic decoupling. For example, the free space 20 can be formed by a radial edging of the inner or outer cylinder 7, 9.

Die 9 und 10 zeigen jeweils eine weitere abgewandelte Form der Sensoreinheit 4, wobei das Primärsensorbauteil 5 in dieser Ausführungsform mehrschichtig aufgebaut ist. Die Sensoreinheit 4 der 9 gleicht der in den 1 bis 3 gezeigten Bauweise, wobei in dieser Ausführungsform der Primärsensorbauteil 5 eine nicht- oder schwer-magnetisierbare Zwischenschicht 21 zur magnetischen Entkopplung des Innenzylinders 7 von dem ersten Maschinenelement 2 aufweist. Die Sensoreinheit 4 der 10 gleicht der in den 4 und 5 gezeigten Bauweise, wobei in dieser Ausführungsform das Primärsensorbauteil 5 eine nicht- oder schwer-magnetisierbare Zwischenschicht 21 zur magnetischen Entkopplung des Außenzylinders 9 von dem zweiten Maschinenelement 3 aufweist. Die Zwischenschicht 21 kann dabei als eine separate Hülse oder eine Beschichtung ausgebildet sein, welche an der Montageinnenfläche 8 des Innenzylinders 7 bzw. an der Montageaußenfläche 10 des Außenzylinders 9 angeordnet ist. Alternativ kann die Zwischenschicht 21 jedoch auch auf dem entsprechenden Maschinenelement 2, 3 selbst angeordnet und/oder befestigt sein oder einen Teil von diesem bilden.the 9 and 10 12 each show a further modified form of the sensor unit 4, with the primary sensor component 5 being constructed in multiple layers in this embodiment. The sensor unit 4 of 9 same as the one in the 1 until 3 shown construction, wherein in this embodiment the primary sensor component 5 has a non-magnetizable or difficult-to-magnetize intermediate layer 21 for magnetic decoupling of the inner cylinder 7 from the first machine element 2 . The sensor unit 4 of 10 same as the one in the 4 and 5 shown construction, wherein in this embodiment, the primary sensor component 5 has a non-magnetizable or difficult-to-magnetize intermediate layer 21 for magnetic decoupling of the outer cylinder 9 from the second machine element 3. The intermediate layer 21 can be designed as a separate sleeve or a coating, which is arranged on the inner mounting surface 8 of the inner cylinder 7 or on the outer mounting surface 10 of the outer cylinder 9 . Alternatively, however, the intermediate layer 21 can also be arranged and/or fastened on the corresponding machine element 2, 3 itself or form part of it.

Die 11 und 12 zeigen jeweils eine weitere abgewandelte Form der Sensoreinheit 4 als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Sensoreinheit 4 der 11 gleicht der in den 1 bis 3 gezeigten Bauweise, wobei in dieser Ausführungsform das Sekundärsensorbauteil 6 mehrere in Umlaufrichtung um 90 Grad versetzte Funktionsschichten 22 aufweist, welche in den Innenumfang des Außenzylinders 9 als Sekundärsensorik integriert sind. Die Sensoreinheit 4 der 12 gleicht der in den 4 und 5 gezeigten Bauweise, wobei in dieser Ausführungsform das Sekundärsensorbauteil 6 mehrere in Umlaufrichtung um 90 Grad versetzte Funktionsschichten 22 aufweist, welche in den Außenumfang des Innenzylinders 7 als Sekundärsensorik integriert sind.the 11 and 12 each show a further modified form of the sensor unit 4 as further exemplary embodiments of the invention. The sensor unit 4 of 11 same as the one in the 1 until 3 shown construction, in this embodiment the secondary sensor component 6 has a plurality of functional layers 22 offset by 90 degrees in the direction of rotation, which are integrated into the inner circumference of the outer cylinder 9 as a secondary sensor system. The sensor unit 4 of 12 same as the one in the 4 and 5 shown construction, wherein in this embodiment, the secondary sensor component 6 has a plurality of functional layers 22 offset by 90 degrees in the direction of rotation, which are integrated into the outer circumference of the inner cylinder 7 as a secondary sensor system.

Die 13 bis 18 zeigen jeweils weitere abgewandelte Formen der Sensoreinheit 4 als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei die Sensoreinheit 4 der in den 4 und 5 gezeigten Bauweise gleicht.the 13 until 18 each show further modified forms of the sensor unit 4 as further exemplary embodiments of the invention, the sensor unit 4 being of the type shown in FIGS 4 and 5 construction shown.

In der Ausführung nach 13 bis 17 weist das Sekundärsensorbauteil 6 ein Trägerelement 23, wobei der Innenzylinder 7 über das Trägerelement 23 drehfest mit dem ersten Maschinenelement 2 verbunden ist. In den Ausführungen mit dem Trägerelement 23 ist der Innenzylinder 7 drehfest mit dem Trägerelement 23 verbunden, wobei das Trägerelement 23 wiederum form- und/oder kraftschlüssig mit dem ersten Maschinenelement 2 verbunden ist. Das Trägerelement 23 besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder einem nicht- bzw. schlecht-magnetisierbaren, insbesondere nicht-ferromagnetischen Metall. Dabei kann das Trägerelement 23 je nach Ausgestaltung des ersten Maschinenelements 2 rohr- oder hülsenförmig, teilweise hohl oder als Vollquerschnitt ausgebildet sein, wie dies in den nachfolgenden Figuren näher erläutert wird.In execution after 13 until 17 the secondary sensor component 6 has a carrier element 23, the inner cylinder 7 being connected to the first machine element 2 in a torque-proof manner via the carrier element 23. In the embodiments with the carrier element 23, the inner cylinder 7 is connected to the carrier element 23 in a rotationally fixed manner, with the carrier element 23 in turn being connected to the first machine element 2 in a positive and/or non-positive manner. The carrier element 23 is preferably made of plastic or a non-magnetizable or poorly magnetizable, in particular non-ferromagnetic, metal. Depending on the design of the first machine element 2, the carrier element 23 can be tubular or sleeve-shaped, partially hollow or have a full cross-section, as will be explained in more detail in the following figures.

Alternativ kann das Sekundärsensorbauteil 6 bzw. der Innenzylinder 7 durch das Trägerelement 23 gebildet sein, wobei das Trägerelement 23 aus einem Materialabschnitt bzw. einstückig gefertigt ist, wie dies in 18 dargestellt ist.Alternatively, the secondary sensor component 6 or the inner cylinder 7 can be formed by the carrier element 23, with the carrier element 23 being manufactured from a material section or in one piece, as is shown in 18 is shown.

Gemäß der Ausführungen der 13 und 14 ist das Trägerelement 23 rohrförmig ausgebildet und wird bei einer Montage zur drehfesten Verbindung auf das erste Maschinenelement 2 beispielsweise aufgepresst. In der rohrförmigen Ausgestaltung kann das Trägerelement 23 und somit die gesamte Sensoreinheit 4 an beliebiger Position entlang des ersten Maschinenelements 2 positioniert werden.According to the statements of 13 and 14 the carrier element 23 is tubular and is pressed onto the first machine element 2, for example, during assembly for a non-rotatable connection. In the tubular configuration, the carrier element 23 and thus the entire sensor unit 4 can be positioned at any position along the first machine element 2 .

Ist das Trägerelement 23 als Vollquerschnitt, wie in den 15, 16 und 18 gezeigt, oder teilweise hohl, wie in 17 gezeigt, ausgebildet, ist an dem Trägerelement 23 eine Anbindungsschnittstelle 24 zur drehfesten Aufnahme des ersten Maschinenelements 2 ausgebildet bzw. angeformt. Über die Anbindungsschnittstelle 24 wird das Sekundärsensorbauteil 6 vor einer ungewollten Rotation gesichert. Die Anbindungsschnittstelle 24 kann beispielsweise als Innensechskant ausgebildet sein, wobei das erste Maschinenelement 2 endseitig einen komplementär dazu ausgebildeten Außensechskant aufweist. Mithin sind das Trägerelement 23 und das Maschinenelement 2 über eine Steckverbindung miteinander drehfest verbunden.If the carrier element 23 as a full cross-section, as in the 15 , 16 and 18 shown, or partially hollow, as in 17 shown, formed, a connection interface 24 for receiving the first machine element 2 in a rotationally fixed manner is formed or formed on the carrier element 23 . The secondary sensor component 6 is secured against unwanted rotation via the connection interface 24 . The connection interface 24 can, for example, be in the form of a hexagon socket, with the first machine element 2 having an external hexagon at the end which is designed to complement it. Consequently, the carrier element 23 and the machine element 2 are connected to one another in a torque-proof manner via a plug-in connection.

Die Sensoreinheit 4 weist eine erste und eine zweite Lagereinrichtung 25a, b auf, wobei der erste Radialabschnitt 15a über die erste Lagereinrichtung 25a und der zweite Radialabschnitt 15b über die zweite Lagereinrichtung 25b radial an dem Trägerelement 23 drehbar gelagert ist. Gemäß der 13 und 15 bis 18 sind die beiden Lagereinrichtungen 15a, b jeweils als Gleitlager, z.B. eine Gleitlagerhülse, ausgebildet, sodass das Primärsensorbauteil 5 gegenüber dem Trägerelement 23 gleitend gelagert ist.The sensor unit 4 has a first and a second bearing device 25a, b, the first radial section 15a being rotatably mounted radially on the carrier element 23 via the first bearing device 25a and the second radial section 15b via the second bearing device 25b. According to the 13 and 15 until 18 the two bearing devices 15a, b are each designed as plain bearings, for example a plain bearing sleeve, so that the primary sensor component 5 is slidably mounted relative to the carrier element 23.

Gemäß 14 hingegen sind die beiden Lagereinrichtungen 25a, b jeweils als Wälzlager, z.B. als Nadellager, ausgebildet, wobei die beiden Radialabschnitte 15a, b jeweils über mehrere Wälzkörper auf dem Trägerelement 23 gelagert sind. Die Wälzkörper der beiden Lagereinrichtungen 25a, b nach 14 werden durch axiale Anschläge an dem Trägerelement 23 axial gesichert. An einer Seite des Trägerelements 23 ist hierzu ein radialer Absatz 26 am Außenumfang des Trägerelements 23 ausgebildet, wohingegen an der gegenüberliegenden axialen Seite ein Sicherungsring 27 vorgesehen ist, der in einer Nut 28 an dem Trägerelement 23 radial aufgenommen ist. Zusätzlich ist zwischen dem Sicherungsring 27 und dem zweiten Radialabschnitt 15b ein Zwischenring 29 vorgesehen, auf den jedoch je nach Ausbildung des Sicherungsrings 27 verzichtet werden könnte.According to 14 on the other hand, the two bearing devices 25a, b are each designed as roller bearings, for example needle bearings, with the two radial sections 15a, b each having a plurality of roller bearings body are mounted on the carrier element 23. The rolling elements of the two bearing devices 25a, b after 14 are secured axially by axial stops on the carrier element 23. For this purpose, a radial shoulder 26 is formed on the outer circumference of the carrier element 23 on one side of the carrier element 23 , whereas a locking ring 27 is provided on the opposite axial side, which is received radially in a groove 28 on the carrier element 23 . In addition, an intermediate ring 29 is provided between the retaining ring 27 and the second radial section 15b, but this could be dispensed with depending on the design of the retaining ring 27 .

19 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Sensoreinheit 4. Das Primärsensorbauteil 5 ist in dieser Ausführungsform als Hülse ausgebildet, wobei der Magnetbereich M durch zwei Magnetspuren 11a, b gebildet ist, welche ein gegensinniges Magnetfeld ausbilden. Das Sekundärsensorbauteil 6 bzw. die Sensorelemente 12 sind horizontal zum Primärsensorbauteil 8 angeordnet. 19 shows a further alternative embodiment of the sensor unit 4. In this embodiment, the primary sensor component 5 is designed as a sleeve, with the magnetic region M being formed by two magnetic tracks 11a, b, which form an opposing magnetic field. The secondary sensor component 6 or the sensor elements 12 are arranged horizontally to the primary sensor component 8 .

In der Ausführungsform gemäß 19 besitzt das Primärsensorbauteil 5 zwei tragende Stege 30a, b und einen Versteifungsring 31. In dieser Ausgestaltung weisen die Stege 30a, b an ihren freien Enden jeweils die Montageinnenfläche 8 auf, über welche das Primärsensorbauteil 5 am ersten Maschinenelement 2 angebracht ist. Der Versteifungsring 31 verläuft parallel zur Hauptachse H zwischen den beiden Stegen 30a, b und dient zur Versteifung des Primärsensorbauteils 5.In the embodiment according to 19 the primary sensor component 5 has two supporting webs 30a, b and a stiffening ring 31. In this embodiment, the webs 30a, b each have the mounting inner surface 8 at their free ends, via which the primary sensor component 5 is attached to the first machine element 2. The stiffening ring 31 runs parallel to the main axis H between the two webs 30a, b and serves to stiffen the primary sensor component 5.

Bei der Ausführungsform gemäß 19 sind die Radialabschnitt 15a, b seitlich an dem Sekundärsensorbauteil 6 bzw. dem Außenzylinder 9 angeordnet, wobei keine unmittelbare Verbindung der beiden Radialabschnitte 15a, b zum ersten Maschinenelement 2 besteht. Zudem weist der zweite Radialabschnitt 15b endseitig eine innenliegende Ausnehmung 32 auf. In diese Ausnehmung 32 greift der zweite Steg 30b des Primärsensorbauteils 4 ein, sodass er gegenüber dem Sekundärsensorbauteil 6 radial und axial in Position gehalten wird. Gleichzeitig verbleibt zwischen den Radialabschnitten 15a, b und den Stegen 30a, b jeweils ein Spalt, welcher eine Rotation zwischen Primär- und Sekundärsensorbauteil 5, 6 ermöglicht.In the embodiment according to 19 the radial sections 15a, b are arranged laterally on the secondary sensor component 6 or the outer cylinder 9, with no direct connection of the two radial sections 15a, b to the first machine element 2. In addition, the second radial section 15b has an internal recess 32 at the end. The second web 30b of the primary sensor component 4 engages in this recess 32 so that it is held in position radially and axially relative to the secondary sensor component 6 . At the same time, a gap remains between the radial sections 15a, b and the webs 30a, b, which allows rotation between the primary and secondary sensor components 5, 6.

20 zeigt im Radialschnitt eine Detailansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Sekundärsensorbauteils 6 aus 19. Dabei ist an den freien Enden der Radialabschnitte 15a, b jeweils eine Dichtungseinrichtung 18a, b angebracht, wie diese bereits im Rahmen der 6 beschrieben wurde. 20 1 shows a detailed view of a modified embodiment of the secondary sensor component 6 in radial section 19 . In this case, a sealing device 18a, b is attached to the free ends of the radial sections 15a, b, as already mentioned in the context of FIG 6 was described.

21 zeigt im Radialschnitt eine weitere alternative Ausführungsform der Sensoreinheit 4. Diese Ausführungsform entspricht in den grundsätzlichen Merkmalen der Ausführungsform gemäß 19, weist jedoch den Unterschied auf, dass das Primärsensorbauteil 5 nur eine einzige Magnetspur 11a aufweist und die Sensorelemente 12 des Sekundärsensorbauteils 6 senkrecht zum Primärsensorbauteil 5 angeordnet sind. Der Verlauf des zu erfassenden Magnetfeldes ist, wie in 21 gezeigt, durch eine eingezeichnete Feldlinie symbolisiert, und senkrecht zu dem Primärsensorbauteil 5 orientiert. 21 shows a further alternative embodiment of the sensor unit 4 in a radial section. This embodiment corresponds to the basic features of the embodiment according to FIG 19 , but has the difference that the primary sensor component 5 has only a single magnetic track 11a and the sensor elements 12 of the secondary sensor component 6 are arranged perpendicular to the primary sensor component 5. The course of the magnetic field to be recorded is as in 21 shown, symbolized by a drawn field line, and oriented perpendicular to the primary sensor component 5 .

Die 22 und 23 zeigen jeweils in einer Schnittansicht eine weitere alternative Ausführungsform der Sensoreinheit 4, die zunächst der Ausführungsform gemäß 19 gleicht. Allerdings in den gezeigten Ausführungen flacher gebaut ist, sodass auf den Versteifungsring 31 und die Stege 30a, b verzichtet werden kann und mit den Ausführungen der 1 bis 12 vergleichbar ist.the 22 and 23 each show a sectional view of a further alternative embodiment of the sensor unit 4, which initially corresponds to the embodiment 19 equals. However, in the versions shown, it is built flat, so that the stiffening ring 31 and the webs 30a, b can be dispensed with and with the versions of 1 until 12 is comparable.

Das Primärsensorbauteil 5 der 22 ist als eine flache Hülse aus magnetisierbarem oder magnetischem Material mit invers-magnetostriktivem Effekt ausgebildet, welche auf das erste Maschinenelement 2 aufgesetzt ist, sodass der benötigte Bauraum klein bleibt. Hierzu weist der Innenzylinder 7 an seiner radial innenliegenden Seite die Montageinnenflächen 8 auf, welche mittelbar am ersten Maschinenelement 2 befestigt sind. Das Primärsensorbauteil 5 kann beispielsweise als Band auf dem ersten Maschinenelement 2 aufgeklebt, aufgelötet oder angeschweißt sein.The primary sensor component 5 of 22 is designed as a flat sleeve made of magnetizable or magnetic material with an inverse magnetostrictive effect, which is placed on the first machine element 2, so that the space required remains small. For this purpose, the inner cylinder 7 has the inner mounting surfaces 8 on its radially inner side, which are attached directly to the first machine element 2 . The primary sensor component 5 can, for example, be glued, soldered or welded to the first machine element 2 as a strip.

Das Sekundärsensorbauteil 6 setzt sich aus einem im Längsschnitt betrachteten L-förmigen Ring, welcher den Außenzylinder 9 und den ersten Radialabschnitt 15a zusammenfasst, und dem zweiten Radialabschnitt 15b zusammen. In den zweiten Radialabschnitt 15b ist die Ausnehmung 32 eingearbeitet, in welche das Primärsensorbauteil 5 eingreift.The secondary sensor component 6 is composed of an L-shaped ring viewed in longitudinal section, which combines the outer cylinder 9 and the first radial section 15a, and the second radial section 15b. The recess 32 in which the primary sensor component 5 engages is worked into the second radial section 15b.

In der Ausgestaltung gemäß 23 befindet sich zwischen dem ersten Maschinenelement 2 und der Montagefläche 8 die magnetisch entkoppelnde Zwischenschicht 21, die aus nicht-magnetisierbarem Material besteht oder auch als Luftspalt gebildet sein kann.In accordance with the design 23 is located between the first machine element 2 and the mounting surface 8, the magnetically decoupling intermediate layer 21, which consists of non-magnetizable material or can be formed as an air gap.

BezugszeichenlisteReference List

11
Anordnungarrangement
22
erstes Maschinenelementfirst machine element
33
zweites Maschinenelementsecond machine element
44
Sensoreinheitsensor unit
55
Primärsensorbauteilprimary sensor component
66
Sekundärsensorbauteilsecondary sensor component
77
Innenzylinderinner cylinder
88th
Montageinnenflächemounting inner surface
99
Außenzylinderouter cylinder
1010
Montageaußenflächemounting surface
11 a, b11a, b
Magnetspurenmagnetic tracks
1212
Sensorelementssensor element
1313
Platinecircuit board
1414
Messraummeasuring room
15a, b15a, b
Radialabschnitteradial sections
1616
LeitungManagement
1717
Ausnehmungenrecesses
18a, b18a, b
Dichtungseinrichtungensealing devices
19a, b19a, b
Dichtungsaufnahmenseal mounts
2020
Freiraumfree space
2121
Zwischenschichtintermediate layer
2222
Funktionsschichtfunctional layer
2323
Trägerelementcarrier element
2424
Anbindungsschnittstelleconnection interface
25a, b25a, b
Lagereinrichtungenstorage facilities
2626
AbsatzUnit volume
2727
Sicherungsringlocking ring
2828
Nutgroove
2929
Zwischenringintermediate ring
30a, b30a, b
Stegewebs
3131
Versteifungsringstiffening ring
3232
Ausnehmungen recesses
HH
Hauptachsemain axis
MM
Magnetbereichmagnet area
ARAR
axiale Richtungaxial direction
RRRR
radiale Richtungradial direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017200528 A1 [0003]DE 102017200528 A1 [0003]

Claims (10)

Magnetoelastische Sensoreinheit (4) zur Erfassung einer auf ein Bauteil (2, 3) wirkenden Kraft und/oder Drehmoment, mit einem Primärsensorbauteil (5), wobei das Primärsensorbauteil (5) einen Magnetbereich (M) aufweist, welcher bei einer Beaufschlagung des Bauteils (2, 4) mit der Kraft und/oder dem Drehmoment eine Magnetfeldänderung eines Magnetfeldes bewirkt, mit einem Sekundärsensorbauteil (6) zum Erfassen der unter Einwirkung der Kraft und/oder des Drehmoments auf das Bauteil (2, 4) auftretenden Magnetfeldänderung des Magnetfeldes, wobei das Primärsensorbauteil (5) und das Sekundärsensorbauteil (6) in Bezug auf eine Hauptachse (H) koaxial zueinander angeordnet und in einer Umlaufrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, gekennzeichnet durch mindestens einen sich radial erstreckenden Radialabschnitt (15a), wobei der Radialabschnitt (15a) fest mit einem der beiden Sensorbauteile (5, 6) verbunden ist, wobei das Primärsensorbauteil (5) und das Sekundärsensorbauteil (6) durch den Radialabschnitt (15a) in einer radialen Richtung (RR) voneinander beabstandet gehalten sind und in einer axialen Richtung (AR) relativ zueinander gesichert sind.Magnetoelastic sensor unit (4) for detecting a force and/or torque acting on a component (2, 3), with a primary sensor component (5), the primary sensor component (5) having a magnetic region (M) which, when the component ( 2, 4) causes a magnetic field change of a magnetic field with the force and/or the torque, with a secondary sensor component (6) for detecting the magnetic field change of the magnetic field occurring under the action of the force and/or the torque on the component (2, 4), wherein the primary sensor component (5) and the secondary sensor component (6) are arranged coaxially to one another in relation to a main axis (H) and can be rotated relative to one another in a direction of rotation, characterized by at least one radially extending radial section (15a), the radial section (15a) being fixed is connected to one of the two sensor components (5, 6), wherein the primary sensor component (5) and the secondary sensor component (6) through the radia lportion (15a) are kept spaced from each other in a radial direction (RR) and are secured relative to each other in an axial direction (AR). Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen weiteren Radialabschnitt (15b), wobei die mindestens zwei Radialabschnitte (15a, b) in axialer Richtung (AR) beabstandet voneinander an dem einen Sensorbauteil (5, 6) angeordnet sind und wobei das andere Sensorbauteil (5, 6) in axialer Richtung (AR) zwischen den mindestens zwei Radialabschnitten (5, 6) mit einem axialen Abstand angeordnet ist, wobei die beiden Sensorbauteile (5, 6) durch die mindestens zwei Radialabschnitte (15a, b) zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengehalten werden.Magnetoelastic sensor unit (4) after claim 1 , characterized by at least one further radial section (15b), the at least two radial sections (15a, b) being spaced apart from one another in the axial direction (AR) on one sensor component (5, 6) and the other sensor component (5, 6) is arranged in the axial direction (AR) between the at least two radial sections (5, 6) with an axial spacing, the two sensor components (5, 6) being held together by the at least two radial sections (15a, b) to form a common structural unit. Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sensorbauteil (5, 6) einen Außenzylinder (9) aufweist und dass das andere Sensorbauteil (5, 6) einen in dem Außenzylinder (9) mit einem radialen Abstand angeordneten Innenzylinder (7) aufweist, wobei der mindestens eine Radialabschnitt (15a, b) zur axialen Sicherung des Innenzylinders (7) an einem Innenumfang des Außenzylinders (9) angeordnet ist oder wobei der mindestens eine Radialabschnitt (15a, b) zur axialen Sicherung des Außenzylinders (9) an einem Außenumfang des Innenzylinders (7) angeordnet ist.Magnetoelastic sensor unit (4) after claim 1 or 2 , characterized in that one sensor component (5, 6) has an outer cylinder (9) and in that the other sensor component (5, 6) has an inner cylinder (7) arranged at a radial distance in the outer cylinder (9), the at least a radial section (15a, b) for axially securing the inner cylinder (7) is arranged on an inner circumference of the outer cylinder (9), or the at least one radial section (15a, b) for axially securing the outer cylinder (9) on an outer circumference of the inner cylinder ( 7) is arranged. Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Radialabschnitt (15a, b) an einem axialen Endbereich des Innenzylinders (7) oder des Außenzylinders (9) angeordnet ist, um einen Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsbereich zu verstärken.Magnetoelastic sensor unit (4) after claim 3 , characterized in that the at least one radial section (15a, b) is arranged on an axial end area of the inner cylinder (7) or the outer cylinder (9) in order to increase a torque and/or force transmission area. Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (7) eine Montageinnenfläche (8) zur Montage an einem inneren Bauteil (2) aufweist und/oder dass der Außenzylinder (9) eine Montageaußenfläche (10) zur Montage an einem äußeren Bauteil (3) aufweist.Magnetoelastic sensor unit (4) after claim 3 or 4 , characterized in that the inner cylinder (7) has an inner mounting surface (8) for mounting on an inner component (2) and/or that the outer cylinder (9) has an outer mounting surface (10) for mounting on an outer component (3). Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Dichtungseinrichtung (18a, b) zur Abdichtung eines zwischen dem Primärsensorbauteil (5) und dem Sekundärsensorbauteil (6) gebildeten Messraums (14), wobei die Dichtungseinrichtung (18a, b) an einem freien radialen Ende des Radialabschnitts (15a, b) angeordnet ist.Magnetoelastic sensor unit (4) according to one of the preceding claims, characterized by at least one sealing device (18a, b) for sealing a measuring space (14) formed between the primary sensor component (5) and the secondary sensor component (6), the sealing device (18a, b) is arranged at a free radial end of the radial section (15a, b). Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch mindestens eine Lagereinrichtung (25a, b) zur drehbaren Lagerung des Primärsensorbauteils (5) relativ zu dem Sekundärsensorbauteil (6), wobei die Lagereinrichtung (25a, b) an einem freien radialen Ende des Radialabschnitts (15a, b) angeordnet ist.Magnetoelastic sensor unit (4) according to one of the preceding claims, characterized by at least one bearing device (25a, b) for the rotatable bearing of the primary sensor component (5) relative to the secondary sensor component (6), the bearing device (25a, b) on a free radial End of the radial section (15a, b) is arranged. Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärsensorbauteil (6) eine in axialer Richtung (AR) gerichtete Messrichtung aufweist, wobei der mindestens eine Radialabschnitt (15a, b) aus einem nicht-magnetisch leitenden oder einem schlecht-magnetisch leitenden Material gebildet ist.Magnetoelastic sensor unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary sensor component (6) has a measuring direction directed in the axial direction (AR), the at least one radial section (15a, b) consisting of a non-magnetically conductive or a poorly -Magnetically conductive material is formed. Magnetoelastische Sensoreinheit (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärsensorbauteil (6) eine in radialer Richtung (RR) gerichtete Messrichtung aufweist, wobei der mindestens eine Radialabschnitt (15a, b) aus einem magnetisch leitenden Material gebildet ist.Magnetoelastic sensor unit (4) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the secondary sensor component (6) has a measuring direction directed in the radial direction (RR), the at least one radial section (15a, b) being formed from a magnetically conductive material. Anordnung (1) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Maschinenelement (2, 3), wobei das erste Maschinenelement (2) zum zweiten Maschinenelement (3) koaxial verläuft und radial beabstandet ist, mit einer magnetoelastischen Sensoreinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärsensorbauteil (5) an dem einen Maschinenelement (2, 3) angeordnet ist und dass das Sekundärsensorbauteil (6) an dem anderen Maschinenelement (2, 3) angeordnet ist.Arrangement (1) with at least one first and one second machine element (2, 3), wherein the first machine element (2) runs coaxially to the second machine element (3) and is spaced radially, with a magnetoelastic sensor unit (4) according to one of the preceding claims , characterized in that the primary sensor component (5) on which a machine element (2, 3) is arranged and that the secun där sensor component (6) on the other machine element (2, 3) is arranged.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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