DE102021120663B4

DE102021120663B4 - Dreh- und Biegemoment-Messanordnung

Info

Publication number: DE102021120663B4
Application number: DE102021120663.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Barwig; Thomas Lindenmayr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-08-09
Filing date: 2021-08-09
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2041-08-10
Also published as: DE102021120663A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), umfassend einen aktiven magnetostriktiven Sensor (2) und eine Welle (3) mit einer Rotationsachse (6), welche als Signalgeber für den magnetostriktiven Sensor (2) konfiguriert ist, wobei der magnetostriktive Sensor (2) die Welle (3) umfänglich zumindest abschnittsweise umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dreh- und Biegemoment-Messanordnung, umfassend einen aktiven magnetostriktiven Sensor und eine Welle mit einer Rotationsachse, welche als Signalgeber für den magnetostriktiven Sensor konfiguriert ist, wobei der magnetostriktive Sensor die Welle umfänglich zumindest abschnittsweise umfasst.
Magnetostriktive Messverfahren zur kontaktlosen Bestimmung von Normal- oder Schubspannungen in einem Bauteil sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sind „passive“ magnetostriktive Messverfahren bekannt, bei denen ein Bauteil magnetisiert und anschließend das lastabhängige äußere Magnetfeld gemessen wird. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass spezielle Werkstoffe mit spezieller Wärmebehandlung erforderlich sind, wodurch der Messaufbau vergleichsweise teuer wird.
Darüber hinaus sind auch sogenannte „aktive“ magnetostriktive Messanordnungen bekannt, mit denen Normal- oder Schubspannungen in einen Bauteil ermittelt werden können. Diese nutzen den Effekt, dass sich die magnetische Permeabilität eines Materials lastabhängig ändert. Um die magnetische Permeabilität zu messen, ist keine Permanentmagnetisierung des Bauteils erforderlich, wodurch preisgünstigere Werkstoffe und eine kostengünstigere Wärmebehandlung verwendet werden können.
Beim aktiven Verfahren werden außerhalb des Bauteils Magnetkerne so platziert, dass diese zusammen mit dem Bauteil einen magnetischen Kreis bilden. Auf die Magnetkerne sind Spulen gewickelt. Ein Strom i durch eine sog. Sendespule bewirkt im Bauteil ein magnetisches Wechselfeld, das in einer oder mehreren Empfangsspulen eine permeabilitäts- und damit lastabhängige elektrische Spannung U induziert. Weitere Einflussgrößen auf die in dem Empfangsspulen induzierte Spannung sind beispielsweise Eigenschaften der übrigen Komponenten des Magnetkreises, insbesondere Luftspalte. Bei einer Messung wird entweder die Spannung oder der Strom der Sendespule fest eingestellt, während die jeweils andere Größe gemessen wird.
Zur Messung der an einem Bauteil wirkenden Drehmomente, sind bereits verschiedene magnetostriktive Messverfahren bekannt, die nachfolgend kurz erläutert werden.
DE 10 2018 221 206 A1 zeigt beispielsweise eine aktive magnetostrikive Messanordnung in einem sogenannten Branch Design. Hierbei werden mit Hilfe einer Sendespule und einem verzweigten Magnetkern Magnetfelder in ±45° Richtung erzeugt und die induzierte Spannung in zwei oder vier Empfangsspulen gemessen.
Als eine weitere Konfigurationsmöglichkeit einer magnetostriktiven Messanordnung ist das sogenannte Cross Design bekannt, wie es beispielsweise in der US 4 939 937 A offenbart ist. Hier werden zwei voneinander getrennte Magnetkerne in 0° und 90° Richtung verwendet. Auf einem Kern befindet sich die Sendespule, auf dem anderen die Empfangsspule. Im unbelasteten Fall ist die induzierte Spannung in der Empfangsspule gleich Null. Liegt jedoch eine Schubspannung an, wird das Magnetfeld im Bauteil so „verbogen“, dass in der Empfangsspule eine Spannung induziert wird.
Schließlich ist auch eine magnetostriktive Messanordnung in einem sogenannten Solenoid Design bekannt, wie es auch in der DE 39 40 220 A1 beschrieben ist. Hier weist die Welle, an der eine Drehmomentmessung erfolgen soll, Elemente auf, die das Magnetfeld in ±45°-Richtung lenken. Dies können z.B. Nuten im Material oder Beschichtungen an der Welle sein. Infolge der in der ±45° Richtung vorhandenen Hauptnormalspannungen ändert sich die Permeabilität in diesen Richtungen, was eine Änderung der Amplituden der in den Empfangsspulen induzierten Spannungen hervorruft.
Es sind ferner Methoden und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt, welche eine Messung von Zug- und Druckkräften an bzw. in Bauteilen mittels magnetostriktiven Sensoren und Verfahren erlauben.
Beispielsweise beschreibt A. Bienkowski, R. Szewczyk, „The possibility of utilizing the high permeability magnetic materials in construction of magnetoelastic stress and force sensors“, Sensors and Actuators A 113 (2004) Seite 270-276, ein magnetostriktives Verfahren bei dem die Permeabilitätsänderung des mit Normalspannungen beaufschlagten Bauteils mit Sende- und Empfangsspulen ermittelt wird, die um das belastete Bauteil gewickelt sind.
Ferner ist ein unter dem Markennamen „Pressductor“ von der Fa. ABB vertriebener magnetostriktiver Sensor bekannt, bei dem eine Sende- und eine Empfangsspule in ±45°-Richtung zur zu messenden Kraft angeordnet ist.
US 2018 / 0 180 499 A1 beschreibt eine Sensorvorrichtung zur Erfassung eines Drehmoments. Diese umfasst eine erste Induktivitätsanordnung mit einer ersten Spule mit einer entsprechenden Haupterfassungsrichtung, eine Kapazitätsanordnung, die mit der ersten Induktivitätsanordnung einen Resonanzkreis mit einer entsprechenden Resonanzfrequenz bildet. Die erste Spule ist so ausgerichtet ist, dass die entsprechenden Hauptmagnetisierungsrichtungen auf ein zu erfassendes Objekt ausgerichtet sind.
US 5 542 304 A beschreibt einen magnetostriktiven Drehmomentsensor mit einem hochpermeablen Kern mit vier Beinen. Eine Erregungsspule hat eine erste Wicklung, die auf zwei benachbarten Beinen des Kerns gewickelt ist, und eine zweite Wicklung, die mit der ersten Wicklung verbunden ist und auf den anderen beiden benachbarten Beinen in der entgegengesetzten Wicklungsrichtung der ersten Wicklung gewickelt ist. Eine Detektionsspule ist orthogonal dazu ausgerichtet. Der Sensor ist neben einer Drehwelle angeordnet, so dass eine Längsseite jeder Wicklung der Erregungsspule parallel zur axialen Richtung der Drehwelle verläuft.
DE 10 2018 221 206 A1 beschreibt eine Drehmomenterfassungseinrichtung mit einer Erregereinheit zur Beaufschlagung einer Welle mit einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld und einer ersten und einer zweiten Sensoreinheit zur Erfassung eines von der Welle getragenen Magnetfeldes, wobei die Sensoreinheiten jeweils mehrere Empfangsspulen aufweisen.
EP 3 301 427 A1 beschreibt eine Kraftmesseinrichtung. Eine erste und eine zweite Magnetfeld-Messeinheit bilden einen ersten und einen zweiten Resonanzkreis mit zwei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen. Die erste Magnetfelderzeugungseinheit umfasst eine durch Wechselstrom angetriebene Generatorspule. Eine Steuereinheit subtrahiert einen Messwert der ersten Magnetfelderfassungseinheit von einem Messwert der zweiten Magnetfelderfassungseinheit, um einen Ausgangswert zu bestimmen, der die gemessene Kraft indiziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine aktive magnetostriktive Sensoranordnung bereitzustellen, die eine Messung der Normal- wie auch Schubspannungen innerhalb eines Bauteils bei möglichst kompakter sowie kostengünstiger Ausführung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dreh- und Biegemoment-Messanordnung, umfassend einen aktiven magnetostriktiven Sensor und eine Welle mit einer Rotationsachse, welche als Signalgeber für den magnetostriktiven Sensor konfiguriert ist, wobei der magnetostriktive Sensor die Welle umfänglich zumindest abschnittsweise umfasst, und eine erste, um einen ersten Magnetkern gewickelte Messspule mit zwei ersten Wicklungsenden, eine zweite, um einen zweiten Magnetkern gewickelte Messspule mit zwei zweiten Wicklungsenden, eine dritte, um einen dritten Magnetkern gewickelte Messspule mit zwei dritten Wicklungsenden, und eine vierte, um einen vierten Magnetkern gewickelte Messspule mit zwei vierten Wicklungsenden aufweist, sowie wenigstens eine, um einen fünften Magnetkern gewickelte bestrombare Erregerspule oder jeweils wenigstens eine, um einen Magnetkern gewickelte Erregerspule besitzt, wobei die Magnetkerne über wenigstens ein Flussleitelement beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass sich die erste Messspule und die dritte Messspule sowie die zweite Messspule und die vierte Messspule jeweils paarweise gegenüberliegen und in einer ersten Verschaltung der Messspulen

a1) die erste Messspule mit dem einen der ersten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden mit der vierten Messspule verschaltet ist, und die vierte Messspule mit dem einen der vierten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden mit der dritten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle in der ersten Verschaltung der Messspulen eine erste Messspannung zwischen einem die erste Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die dritte Messspule und die vierte Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist, oder
a2) die erste Messspule mit dem einen der ersten Wicklungsenden mit der vierten Messspule und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden mit der dritten Messspule verschaltet ist, und die vierte Messspule mit dem einen der vierten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle in der ersten Verschaltung der Messspulen eine erste Messspannung zwischen einem die vierte Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die dritte Messspule und die erste Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist, oder
a3) die zweite Messspule mit dem einen der zweiten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden mit der dritten Messspule verschaltet ist, und die dritte Messspule mit dem einen der dritten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden mit der vierten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle in der ersten Verschaltung der Messspulen eine erste Messspannung zwischen einem die vierte Messspule und die dritte Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die erste Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist, oder
a4) die zweite Messspule mit dem einen der zweiten Wicklungsenden mit der vierten Messspule und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden mit der dritten Messspule verschaltet ist, und die dritte Messspule mit dem einen der dritten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle in der ersten Verschaltung der Messspulen eine erste Messspannung zwischen einem die erste Messspule und die dritte Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die vierte Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist,

b1) die erste Messspule mit dem einen der ersten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden mit der dritten Messspule verschaltet ist, und die dritte Messspule mit dem einen der dritten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden mit der vierten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle in der zweiten Verschaltung der Messspulen eine zweite Messspannung zwischen einem die erste Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die dritte Messspule und die vierte Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist, oder
b2) die dritte Messspule mit dem einen der dritten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden mit der ersten Messspule verschaltet ist, und die erste Messspule mit dem einen der ersten Wicklungsenden mit der dritten Messspule und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden mit der vierten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle in der zweiten Verschaltung der Messspulen eine zweite Messspannung zwischen einem die erste Messspule und die vierte Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die dritte Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist, oder
b3) die zweite Messspule mit dem einen der zweiten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden mit der vierten Messspule verschaltet ist, und die vierte Messspule mit dem einen der vierten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden mit der dritten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle in der zweiten Verschaltung der Messspulen eine zweite Messspannung zwischen einem die erste Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die dritte Messspule und die vierte Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist, oder
b4) die zweite Messspule mit dem einen der zweiten Wicklungsenden mit der dritten Messspule und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden mit der vierten Messspule verschaltet ist, und die vierte Messspule mit dem einen der vierten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule verschaltet ist, wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle in der zweiten Verschaltung der Messspulen eine zweite Messspannung zwischen einem die erste Messspule und die vierte Messspule verbindenden Leitungsabschnitt und einem die dritte Messspule und die zweite Messspule verbindenden Leitungsabschnitt ermittelbar ist, oder

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Messanordnung lassen sich sowohl Normal- als auch Schubspannungen eines ebenen Spannungszustandes in einem Bauteil ermitteln. Die Messung dieser Spannungszustände ist hierbei mit lediglich einem Sensor möglich, was zum einen kostengünstig realisierbar und zum anderen für Einsatzgebiete mit begrenztem Bauraum vorteilhaft ist.
Eine Steuereinheit, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dient der insbesondere elektronischen Steuerung und/oder Reglung einer oder mehrerer erfindungsgemäßer Messanordnungen.
Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen und/oder optischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher eines Kraftfahrzeugs.
Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der dritten Verschaltung der Messspulen die erste Messspule mit dem einen der ersten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden mit der vierten Messspule verschaltet ist, und die zweite Messspule mit dem einen der zweiten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden mit der dritten Messspule verschaltet ist, und die dritte Messspule mit dem einen der dritten Wicklungsenden mit der zweiten Messspule und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden mit der vierten Messspule unter Zwischenschaltung eines Spannungsmessers zur Messung einer zweiten Messspannung verschaltet ist, und die vierte Messspule mit dem einen der vierten Wicklungsenden mit der ersten Messspule und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden mit der dritten Messspule unter Zwischenschaltung des Spannungsmessers verschaltet ist, und wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle in der dritten Verschaltung der Messspulen eine zweite Messspannung zwischen der dritten Messspule und der vierten Messspule ermittelbar ist.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Messspulen um in etwa 45° zur Rotationsachse der Welle verdreht angeordnet sind. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Dreh- und Biegemoment-Messanordnung eine genaue Messung des Drehmoments und der Biegung um die Hochachse der Dreh- und Biegemoment-Messanordnung erlaubt.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass wenigstens zwei Empfängerspulen parallel zu der Drehachse der Welle angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung werden bei einer Biegung der Welle nach unten nur zwei Empfängerspulen beeinflusst. Die anderen Empfängerspulen können dann beispielsweise für eine Abstands- und Temperaturkompensation verwendet werden.
Das wenigstens eine Flussleitelement kann insbesondere bevorzugt einstückig, ganz besonders bevorzugt monolithisch, ausgeformt sein. Besonders bevorzugt ist es, dass der erste Magnetkern und der dritte Magnetkern über ein erstes Flussleitelement voneinander beabstandet sind, und der zweite Magnetkern und der vierte Magnetkern über ein zweites Flussleitelement voneinander beabstandet sind, wobei das erste Flussleitelement und das zweite Flussleitelement sich in einem gemeinsamen Sternpunkt überkreuzen.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Magnetkern, der dritte Magnetkern und das erste Flussleitelement einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind, und/oder der zweite Magnetkern, der vierte Magnetkern und das zweite Flussleitelement einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinheit einen Signalausgang umfasst, über den ein das Biegemoment repräsentierendes Signal und/oder das Drehmoment repräsentierendes Signal abgegriffen werden kann. Hierdurch können die entsprechenden Sensorsignale beispielsweise an übergeordnete Steuereinheiten weitergeleitet werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der magnetostriktive Sensor und die Steuereinheit in einem Gehäuse aufgenommen sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass hierdurch eine einfach zu montierende Baugruppe gebildet werden kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Messspulen im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Bauteilkomplexität und damit die Herstellkosten gesenkt werden können.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Magnetkerne sich orthogonal aus den Flussleitelementen, herauserstrecken. Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Magnetkerne im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet verlaufen.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass in einem ersten Messzyklus die erste Verschaltung ermöglicht. bewirkt ist und in einem zweiten Messzyklus die zweite Verschaltung oder die dritte Verschaltung der Messspulen bewirkt ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass die Sensoranordnung sowohl Biege- als auch Drehmomente erfassen kann. Hierzu kann insbesondere die dazu notwendige Verschaltung bzw. der Wechsel zwischen den Verschaltungen durch die Steuereinheit bewirkt werden.
Es versteht sich, dass die Wicklungsenden der Empfängerspulen stets so anzuordnen sind, das sich entsprechend ihrer Verschaltung miteinander das gewünschte Messergebnis realisieren lässt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform einer Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
2 eine zweite Ausführungsform einer Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
3 eine Querschnittsansicht auf die erste Ausführungsform der Messanordnung,
4 eine erste Ausführungsform einer ersten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
5 eine zweite Ausführungsform einer ersten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
6 eine dritte Ausführungsform einer ersten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
7 eine vierte Ausführungsform einer ersten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
8 eine erste Ausführungsform einer zweiten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
9 eine zweite Ausführungsform einer zweiten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
10 eine dritte Ausführungsform einer zweiten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
11 eine vierte Ausführungsform einer zweiten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild, und
12 eine erste Ausführungsform einer dritten Verschaltung der Messspulen der Messanordnung in einem schematischen Blockschaltbild

Die 1 zeigt eine Dreh- und Biegemoment-Messanordnung 1, umfassend einen aktiven magnetostriktiven Sensor 2 und eine Welle 3 mit einer Rotationsachse 6, welche als Signalgeber für den magnetostriktiven Sensor 2 konfiguriert ist. Wie insbesondere auch gut aus der 3 ersichtlich wird, umfasst der magnetostriktive Sensor 2 die Welle 3 umfänglich zumindest abschnittsweise.
Ferner besitzt der Sensor 2 eine erste, um einen ersten Magnetkern M1 gewickelte Messspule L1 mit zwei ersten Wicklungsenden 11, eine zweite, um einen zweiten Magnetkern M2 gewickelte Messspule L2 mit zwei zweiten Wicklungsenden 12, eine dritte, um einen dritten Magnetkern M3 gewickelte Messspule L3 mit zwei dritten Wicklungsenden 13, und eine vierte, um einen vierten Magnetkern M4 gewickelte Messspule L4 mit zwei vierten Wicklungsenden 14.
In der in der 1 gezeigten Ausführungsform weist der Sensor 2 eine, um einen fünften Magnetkern M5 gewickelte bestrombare Erregerspule 5 auf. Alternativ oder ergänzend ist es auch denkbar, dass der Sensor 2 jeweils eine, um einen Magnetkern M1,M2,M3,M4 gewickelte Erregerspule E1,E2,E3,E4 besitzt, wie es in der Ausführungsform der 2 gezeigt ist.
Die Magnetkerne M1,M2,M3,M4 sind kreuzartig über sich überkreuzende Flussleitelemente 20,21 angeordnet, wobei der erste Magnetkern M1 und der dritte Magnetkern M3 über ein erstes Flussleitelement 20 voneinander beabstandet sind, und der zweite Magnetkern M2 und der vierte Magnetkern M4 über ein zweites Flussleitelement 21 voneinander beabstandet sind. Das erste Flussleitelement 20 und das zweite Flussleitelement 21 überkreuzen sich in einem gemeinsamen Sternpunkt 22, so dass sich die erste Messspule L1 und die dritte Messspule L3 sowie die zweite Messspule L2 und die vierte Messspule L4 jeweils paarweise gegenüberliegen. Die Messspulen L1,L2,L3,L4 sind im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet.
Die Magnetkerne M1,M2,M3,M4 erstrecken sich orthogonal aus den Flussleitelementen 20,21 heraus. Aus der 3 ist gut ersichtlich, dass die Magnetkerne M1,M2,M3,M4 im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet verlaufen.
Die Dreh- und Biegemoment-Messanordnung 1 besitzt ferner eine Steuereinheit 50, welche mit der Erregerspule 5 oder den Erregerspulen E1,E2,E3,E4 wechselstrombeaufschlagbar verbunden ist. Die Steuereinheit 50 besitzt einen Signalausgang, über den ein das Biegemoment repräsentierendes Signal und/oder das Drehmoment repräsentierendes Signal abgegriffen werden kann.
In den in den 1-2 sind die Messspulen L1, L2, L3, L4 um in etwa 45° zur Rotationsachse 6 der Welle 3 verdreht angeordnet. Der erste Magnetkern M1, der dritte Magnetkern M3 und das erste Flussleitelement 20 und der zweite Magnetkern M2, der vierte Magnetkern M4 und das zweite Flussleitelement 21 sind einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt. Der magnetostriktive Sensor 2 und die Steuereinheit 50 können in einem Gehäuse aufgenommen sein.
Die Messspulen L1,L2,L3,L4 können in einer ersten Verschaltung elektrisch verschaltet sein, wobei es verschiedene Variationen dieser ersten Verschaltung geben kann, die nachfolgend kurz erläutert werden.
In einer ersten möglichen Ausgestaltung der ersten Verschaltung, die in der 4 gezeigt ist, ist die erste Messspule L1 mit dem einen der ersten Wicklungsenden 11 mit der zweiten Messspule L2 und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden 11 mit der vierten Messspule L4 verschaltet und die vierte Messspule L4 ist mit dem einen der vierten Wicklungsenden 14 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden 12 mit der dritten Messspule L3 verschaltet. Zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle 3 in der ersten Verschaltung der Messspulen L1, L2, L3, L4 ist eine erste Messspannung 15 zwischen einem die erste Messspule L1 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 16 und einem die dritte Messspule L3 und die vierte Messspule L4 verbindenden Leitungsabschnitt 17 ermittelbar.
In einer zweiten möglichen Ausgestaltung der ersten Verschaltung, die in der 5 gezeigt ist, ist die erste Messspule L1 mit dem einen der ersten Wicklungsenden 11 mit der vierten Messspule L4 und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden 11 mit der dritten Messspule L3 verschaltet und die vierte Messspule L4 ist mit dem einen der vierten Wicklungsenden 14 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden 12 mit der zweiten Messspule L2 verschaltet. Zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle 3 ist in der ersten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 eine erste Messspannung 15 zwischen einem die vierte Messspule L4 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 16 und einem die dritte Messspule L3 und die erste Messspule L1 verbindenden Leitungsabschnitt 17 ermittelbar.
In einer dritten möglichen Ausgestaltung der ersten Verschaltung, die in der 7 gezeigt ist, ist die zweite Messspule L2 mit dem einen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der dritten Messspule L3 verschaltet und die dritte Messspule L3 ist mit dem einen der dritten Wicklungsenden 13 mit der zweiten Messspule L2 und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden 13 mit der vierten Messspule L4 verschaltet. Zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle 3 ist in der ersten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 eine erste Messspannung 15 zwischen einem die vierte Messspule L4 und die dritte Messspule L3 verbindenden Leitungsabschnitt 16 und einem die erste Messspule L1 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 17 ermittelbar.
In einer vierten möglichen Ausgestaltung der ersten Verschaltung, die in der 6 gezeigt ist, ist die zweite Messspule L2 mit dem einen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der vierten Messspule L4 und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der dritten Messspule L3 verschaltet und die dritte Messspule L3 ist mit dem einen der dritten Wicklungsenden 13 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden 13 mit der zweiten Messspule L2 verschaltet. Zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle 3 ist in der ersten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 eine erste Messspannung 15 zwischen einem die erste Messspule L1 und die dritte Messspule L3 verbindenden Leitungsabschnitt 16 und einem die vierte Messspule L4 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 17 ermittelbar.
Wie aus den 4-7 ersichtlich kann die Ermittlung der ersten Messspannung 15 innerhalb der Steuereinheit 50 erfolgen.
Die Messspulen L1,L2,L3,L4 können ferner in einer zweiten Verschaltung elektrisch verschaltet sein, wobei es auch hier verschiedene Variationen dieser zweiten Verschaltung geben kann, die nachfolgend kurz erläutert werden.
In einer ersten möglichen Ausgestaltung der zweiten Verschaltung, die in der 8 gezeigt ist, ist die erste Messspule L1 mit dem einen der ersten Wicklungsenden 11 mit der zweiten Messspule L2 und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden 11 mit der dritten Messspule L3 verschaltet und die dritte Messspule L3 ist mit dem einen der dritten Wicklungsenden 13 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden 13 mit der vierten Messspule L4 verschaltet.
Zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle 3 ist in der zweiten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 eine zweite Messspannung 18 zwischen einem die erste Messspule L1 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 16 und einem die dritte Messspule L3 und die vierte Messspule L4 verbindenden Leitungsabschnitt 17 ermittelbar.
In einer zweiten möglichen Ausgestaltung der zweiten Verschaltung, die in der 9 gezeigt ist, ist die dritte Messspule L3 mit dem einen der dritten Wicklungsenden 13 mit der zweiten Messspule L2 und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden 13 mit der ersten Messspule L1 verschaltet und die erste Messspule L1 ist mit dem einen der ersten Wicklungsenden 11 mit der dritten Messspule L3 und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden 11 mit der vierten Messspule L4 verschaltet. Zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle 3 ist in der zweiten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 eine zweite Messspannung 18 zwischen einem die erste Messspule L1 und die vierte Messspule L4 verbindenden Leitungsabschnitt 17 und einem die dritte Messspule L3 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 16 ermittelbar.
In einer dritten möglichen Ausgestaltung der zweiten Verschaltung, die in der 10 gezeigt ist, ist die zweite Messspule L2 mit dem einen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der vierten Messspule L4 verschaltet und die vierte Messspule L4 ist mit dem einen der vierten Wicklungsenden 14 mit der zweiten Messspule L2 und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden 12 mit der dritten Messspule L3 verschaltet. Zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle 3 ist in der zweiten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 eine zweite Messspannung 18 zwischen einem die erste Messspule L1 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 17 und einem die dritte Messspule L3 und die vierte Messspule L4 verbindenden Leitungsabschnitt 16 ermittelbar.
In einer vierten möglichen Ausgestaltung der zweiten Verschaltung, die in der 11 gezeigt ist, ist die zweite Messspule L2 mit dem einen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der dritten Messspule L3 und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der vierten Messspule L4 verschaltet und die vierte Messspule L4 ist mit dem einen der vierten Wicklungsenden 14 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden 14 mit der zweiten Messspule L2 verschaltet. Zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle 3 ist in der zweiten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 eine zweite Messspannung 18 zwischen einem die erste Messspule L1 und die vierte Messspule L4 verbindenden Leitungsabschnitt 16 und einem die dritte Messspule L3 und die zweite Messspule L2 verbindenden Leitungsabschnitt 17 ermittelbar.
Wie aus den 8-11 ersichtlich kann die Ermittlung der zweiten Messspannung 18 innerhalb der Steuereinheit 50 erfolgen.
Die Messspulen L1 ,L2,L3,L4 können alternativ auch in einer dritten Verschaltung in einer beliebigen Reihenverschaltung miteinander verschaltet sein, wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle 3 in der dritten Verschaltung der Messspulen L1, L2, L3, L4 eine zweite Messspannung 18 zwischen den beiden Enden der Reihenverschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 ermittelbar ist. Diese dritte Verschaltung ist in der 12 wiedergegeben.
Aus der 12 ist ersichtlich, dass in der dritten Verschaltung der Messspulen L1,L2,L3,L4 die erste Messspule L1 mit dem einen der ersten Wicklungsenden 11 mit der zweiten Messspule L2 und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden 11 mit der vierten Messspule L4 verschaltet ist. Die zweite Messspule L2 mit dem einen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden 12 mit der dritten Messspule L3 verschaltet ist, und die dritte Messspule L3 ist mit dem einen der dritten Wicklungsenden 13 mit der zweiten Messspule L2 und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden 13 mit der vierten Messspule L4 unter Zwischenschaltung eines Spannungsmessers verschaltet. Die vierte Messspule L4 ist schließlich mit dem einen der vierten Wicklungsenden 14 mit der ersten Messspule L1 und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden 12 unter Zwischenschaltung des Spannungsmessers mit der dritten Messspule L3 verschaltet. Zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle 3 ist in der dritten Verschaltung der Messspulen L1, L2, L3, L4 eine zweite Messspannung 18 zwischen der dritten Messspule L3 und der vierten Messspule L4 ermittelbar.
Schließlich zeigen die 1-2, dass die Steuereinheit 50 so konfiguriert ist, dass in einem ersten Messzyklus die erste Verschaltung der Messspulen L1, L2, L3, L4 bewirkt ist und in einem zweiten Messzyklus die zweite Verschaltung oder die dritte Verschaltung der Messspulen L1, L2, L3, L4 bewirkt ist.
Die von der Dreh- und Biegemoment-Messanordnung 1 ermittelten Biegespannung und Drehmomente sind im Wesentlichen proportional zu den von der Dreh- und Biegemoment-Messanordnung 1 gemessenen Spannungen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Biegemoment-Messanordnung
2: Sensor
3: Welle
5: Erregerspule
6: Rotationsachse
11: Wicklungsenden
12: Wicklungsenden
13: Wicklungsenden
14: Wicklungsenden
15: Messspannung
16: Leitungsabschnitt
17: Leitungsabschnitt
18: Messspannung
20: Flussleitelement
21: Flussleitelement
22: Sternpunkt
50: Steuereinheit
Mx: Magnetkern x
Lx: Messspule x
Ex: Erregerspule x

Claims

Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), umfassend einen aktiven magnetostriktiven Sensor (2) und eine Welle (3) mit einer Rotationsachse (6), welche als Signalgeber für den magnetostriktiven Sensor (2) konfiguriert ist, wobei der magnetostriktive Sensor (2) die Welle (3) umfänglich zumindest abschnittsweise umfasst, und • eine erste, um einen ersten Magnetkern (M1) gewickelte Messspule (L1) mit zwei ersten Wicklungsenden (11), • eine zweite, um einen zweiten Magnetkern (M2) gewickelte Messspule (L2) mit zwei zweiten Wicklungsenden (12), • eine dritte, um einen dritten Magnetkern (M3) gewickelte Messspule (L3) mit zwei dritten Wicklungsenden (13), und • eine vierte, um einen vierten Magnetkern (M4) gewickelte Messspule (L4) mit zwei vierten Wicklungsenden (14) aufweist, sowie • wenigstens eine, um einen fünften Magnetkern (M5) gewickelte bestrombare Erregerspule (5) oder jeweils wenigstens eine, um einen der ersten bis vierten Magnetkerne (M1,M2,M3,M4) gewickelte Erregerspule (E1,E2,E3,E4) besitzt, wobei • die Magnetkerne (M1, M2, M3, M4) über über wenigstens ein Flussleitelement (20, 21) beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass sich die erste Messspule (L1) und die dritte Messspule (L3) sowie die zweite Messspule (L2) und die vierte Messspule (L4) jeweils paarweise gegenüberliegen und • in einer ersten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) - a1) die erste Messspule (L1) mit dem einen der ersten Wicklungsenden (11) mit der zweiten Messspule (L2) und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden (11) mit der vierten Messspule (L4) verschaltet ist, und - die vierte Messspule (L4) mit dem einen der vierten Wicklungsenden (14) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden (12) mit der dritten Messspule (L3) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle (3) in der ersten Verschaltung der Messspulen (L1,L2,L3,L4) eine erste Messspannung (15) zwischen einem die erste Messspule (L1) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (16) und einem die dritte Messspule (L3) und die vierte Messspule (L4) verbindenden Leitungsabschnitt (17) ermittelbar ist, oder - a2) die erste Messspule (L1) mit dem einen der ersten Wicklungsenden (11) mit der vierten Messspule (L4) und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden (11) mit der dritten Messspule (L3) verschaltet ist, und - die vierte Messspule (L4) mit dem einen der vierten Wicklungsenden (14) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden (12) mit der zweiten Messspule (L2) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle (3) in der ersten Verschaltung der Messspulen (L1,L2,L3,L4) eine erste Messspannung (15) zwischen einem die vierte Messspule (L4) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (16) und einem die dritte Messspule (L3) und die erste Messspule (L1) verbindenden Leitungsabschnitt (17) ermittelbar ist, oder - a3) die zweite Messspule (L2) mit dem einen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der dritten Messspule (L3) verschaltet ist, und - die dritte Messspule (L3) mit dem einen der dritten Wicklungsenden (13) mit der zweiten Messspule (L2) und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden (13) mit der vierten Messspule (L4) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle (3) in der ersten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) eine erste Messspannung (15) zwischen einem die vierte Messspule (L4) und die dritte Messspule (L3) verbindenden Leitungsabschnitt (16) und einem die erste Messspule (L1) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (17) ermittelbar ist, oder - a4) die zweite Messspule (L2) mit dem einen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der vierten Messspule (L4) und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der dritten Messspule (L3) verschaltet ist, und - die dritte Messspule (L3) mit dem einen der dritten Wicklungsenden (13) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden (13) mit der zweiten Messspule (L2) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Drehmoments an der Welle (3) in der ersten Verschaltung der Messspulen (L1,L2,L3,L4) eine erste Messspannung (15) zwischen einem die erste Messspule (L1) und die dritte Messspule (L3) verbindenden Leitungsabschnitt (16) und einem die vierte Messspule (L4) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (17) ermittelbar ist, • und die Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1) eine Steuereinheit (50) aufweist, welche mit einer der Erregerspulen (5) oder den Erregerspulen (E1,E2,E3,E4) wechselstrombeaufschlagbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass • in einer zweiten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) - b1) die erste Messspule (L1) mit dem einen der ersten Wicklungsenden (11) mit der zweiten Messspule (L2) und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden (11) mit der dritten Messspule (L3) verschaltet ist, und - die dritte Messspule (L3) mit dem einen der dritten Wicklungsenden (13) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden (13) mit der vierten Messspule (L4) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle (3) in der zweiten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) eine zweite Messspannung (18) zwischen einem die erste Messspule (L1) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (16) und einem die dritte Messspule (L3) und die vierte Messspule (L4) verbindenden Leitungsabschnitt (17) ermittelbar ist, oder - b2) die dritte Messspule (L3) mit dem einen der dritten Wicklungsenden (13) mit der zweiten Messspule (L2) und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden (13) mit der ersten Messspule (L1) verschaltet ist, und - die erste Messspule (L1) mit dem einen der ersten Wicklungsenden (11) mit der dritten Messspule (L3) und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden (11) mit der vierten Messspule (L4) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle (3) in der zweiten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) eine zweite Messspannung (18) zwischen einem die erste Messspule (L1) und die vierte Messspule (L4) verbindenden Leitungsabschnitt (17) und einem die dritte Messspule (L3) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (16) ermittelbar ist, oder - b3) die zweite Messspule (L2) mit dem einen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der vierten Messspule (L4) verschaltet ist, und - die vierte Messspule (L4) mit dem einen der vierten Wicklungsenden (14) mit der zweiten Messspule (L2) und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden (12) mit der dritten Messspule (L3) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle (3) in der zweiten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) eine zweite Messspannung (18) zwischen einem die erste Messspule (L1) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (17) und einem die dritte Messspule (L3) und die vierte Messspule (L4) verbindenden Leitungsabschnitt (16) ermittelbar ist, oder - b4) die zweite Messspule (L2) mit dem einen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der dritten Messspule (L3) und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der vierten Messspule (L4) verschaltet ist, und - die vierte Messspule (L4) mit dem einen der vierten Wicklungsenden (14) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden (14) mit der zweiten Messspule (L2) verschaltet ist, - wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle (3) in der zweiten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) eine zweite Messspannung (18) zwischen einem die erste Messspule (L1) und die vierte Messspule (L4) verbindenden Leitungsabschnitt (16) und einem die dritte Messspule (L3) und die zweite Messspule (L2) verbindenden Leitungsabschnitt (17) ermittelbar ist, oder • die Messspulen (L1, L2, L3, L4) in einer dritten Verschaltung in einer beliebigen Reihenverschaltung miteinander verschaltet sind, wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle (3) in der dritten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) eine zweite Messspannung (18) zwischen den beiden Enden der Reihenverschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) ermittelbar ist.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) - die erste Messspule (L1) mit dem einen der ersten Wicklungsenden (11) mit der zweiten Messspule (L2) und mit dem anderen der ersten Wicklungsenden (11) mit der vierten Messspule (L4) verschaltet ist, und - die zweite Messspule (L2) mit dem einen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der zweiten Wicklungsenden (12) mit der dritten Messspule (L3) verschaltet ist, und - die dritte Messspule (L3) mit dem einen der dritten Wicklungsenden (13) mit der zweiten Messspule (L2) und mit dem anderen der dritten Wicklungsenden (13) mit der vierten Messspule (L4) unter Zwischenschaltung eines Spannungsmessers zur Messung einer zweiten Messspannung (18) verschaltet ist, und - die vierte Messspule (L4) mit dem einen der vierten Wicklungsenden (14) mit der ersten Messspule (L1) und mit dem anderen der vierten Wicklungsenden (12) mit der dritten Messspule (L3) unter Zwischenschaltung des Spannungsmessers verschaltet ist, und - wobei zur Bestimmung eines Biegemoments an der Welle (3) in der dritten Verschaltung der Messspulen (L1,L2,L3,L4) die zweite Messspannung (18) zwischen der dritten Messspule (L3) und der vierten Messspule (L4) ermittelbar ist.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspulen (L1, L2, L3, L4) um in etwa 45° zur Rotationsachse (6) der Welle (3) verdreht angeordnet sind.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetkern (M1), der dritte Magnetkern (M3) und das erste Flussleitelement (20) einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind, und/oder der zweite Magnetkern (M2), der vierte Magnetkern (M4) und das zweite Flussleitelement (21) einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) einen Signalausgang umfasst, über den ein das Biegemoment repräsentierendes Signal und/oder das Drehmoment repräsentierendes Signal abgegriffen werden kann.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetostriktive Sensor (2) und die Steuereinheit (50) in einem Gehäuse aufgenommen sind.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspulen (L1, L2, L3, L4) im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkerne (M1, M2, M3, M4) sich orthogonal aus den Flussleitelementen (20,21) herauserstrecken.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkerne (M1, M2, M3, M4) im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet verlaufen.
Dreh- und Biegemoment-Messanordnung (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) so konfiguriert ist, dass in einem ersten Messzyklus die erste Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) bewirkt ist und in einem zweiten Messzyklus die zweite Verschaltung oder die dritte Verschaltung der Messspulen (L1, L2, L3, L4) bewirkt ist.