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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes. Die Anordnung umfasst einen Elektromagneten in Form einer Erregerspule zum Erzeugen einer Magnetisierung in einem Magnetisierungsabschnitt des Maschinenelementes. Die Anordnung umfasst zudem mindestens zwei Magnetfeldsensoren in Form von Empfängerspulen, welche jeweils zur Messung zumindest einer Komponente einer durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldänderung ausgebildet sind.
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Die
DE 698 38 904 T2 zeigt einen Drehmomentsensor mit kreisförmiger Magnetisierung in einem magnetoelastisch aktiven Bereich an einer einem Drehmoment ausgesetzten Welle. Mithilfe eines Hall-Effekt-Sensors wird das Magnetfeld in der Nähe des magnetoelastisch aktiven Bereiches gemessen.
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Aus der
DE 600 08 543 T2 ist ein Wandlerelement bekannt, welches für eine Verwendung in einem Drehmoment- oder Kraftsensor vorgesehen ist. Das Wandlerelement liegt einstückig in einer Welle aus magnetisierbarem Material vor und weist eine in einer axialen Richtung ausgerichtete Magnetisierung auf.
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Die
DE 600 07 641 T2 zeigt ein Wandlerelement, welches für einen Drehmoment- oder Kraftsensorwandler vorgesehen ist. Bei diesem Wandlerelement sind Magnetisierungen in einer radial inneren Region und in einer radial äußeren Region ausgebildet.
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Aus der
DE 603 09 678 T2 ist ein Verfahren zum Erfassen eines Drehmomentes in einer Welle bekannt, bei welchem Magnetfelder mit alternierender Polarität erzeugt werden, welche mit einer Sensoranordnung gemessen werden.
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Die
WO 2011/085400 A1 zeigt einen magnetoelastischen Kraftsensor, mit welchem mechanische Belastungen eines Elementes messbar sind.
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In dem Artikel von Fleming, William: „Magnetostrictive Torque Sensors - Comparison of Branch, Cross, and Solenoidal Designs" in SAE Transactions, Band 99, 1990, Seiten 393 bis 420 wird ein Überblick über die Entwicklung magnetostriktiver Drehmomentsensoren gegeben.
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Die
US 2020 / 0 116 579 A1 beschreibt ein Belastungsmessverfahren und eine Belastungsmessvorrichtung zur Verbesserung der Ausgangssignalqualität einer Belastungsmessung mittels aktiver Aufmagnetisierung. Das Verfahren umfasst das Erzeugen und Applizieren eines Magnetfelds auf ein Testobjekt, das Erfassen eines von dem Testobjekt als Folge einer mechanischen Belastung auf das Testobjekt veränderten Magnetfelds mittels einer ersten Magnetfelderfassungseinrichtung, um ein erstes Messsignal zu erzeugen, das Erfassen eines von dem Testobjekt als Folge der mechanischen Belastung auf das Testobjekt veränderten Magnetfelds mittels einer zweiten Magnetfelderfassungseinrichtung, um ein zweites Messsignal zu erzeugen, das Rechnerische Ermitteln eines dritten Messsignals aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.
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Die
US 2018 / 0 058 958 A1 beschreibt ein System zur Kompensation von Luftspaltempfindlichkeit in Drehmomentsensoren umfassend eine magnetisch permeable Struktur mit einem mittleren Antriebspol, und einen ersten Sensor der eine Antriebsspule umfasst, die um den mittleren Antriebspol gewickelt ist und konfiguriert ist, um einen Antriebsstrom zu empfangen und einen Magnetflussabschnitt durch eine magnetostriktive Welle zu emittieren, vier äußere Messpole, die jeweils eine Messspule umfassen, die um den Messpol gewickelt ist und konfiguriert ist, den Magnetflussabschnitt, der aus der magnetostriktiven Welle austritt, zu empfangen und ein erstes Signal zu erzeugen, das mindestens teilweise auf einer Änderung des empfangenen Magnetflussabschnitts relativ zu dem emittierten Magnetflussabschnitt basiert, wobei das erste Signal ein Drehmoment an der magnetostriktiven Welle anzeigt. Umfasst ist ferner ein zweiter Sensor, der eine Näherungsspule einschließt, die um den mittleren Antriebspol gewickelt ist und an einem Ende des mittleren Antriebspols positioniert ist, wobei der zweite Sensor einen Magnetfluss misst, der in dem mittleren Antriebspol durch den emittierten Magnetflussabschnitt induziert wird, um ein zweites Signal zu erzeugen, das einen Abstand zwischen dem mittleren Antriebspol und der magnetostriktiven Welle.
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Die
DE 603 08 797 T2 beschreibt einen Drehmomentsensor mit einem magnetischen Metallfilm mit magnetischer Anisotropie, welcher an einer Drehmomentübertragungswelle angebracht ist, eine Erregerspule und eine Erfassungsspule, die jeweils in der Nähe des magnetischen Metallfilms montiert sind, eine Erregerenergie-Zufuhrquelle, einen Wechselspannungs-Erregersignalgenerator, einen Drehmomentdetektor und einen Referenzspannungsgenerator, der an die Erregerenergie-Zufuhrquelle angeschlossen ist und eine Referenzspannung erzeugt.
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Wird eine Kraft oder ein Moment auf der Basis des invers-magnetostriktiven Effektes unter Nutzung eines Wechselmagnetfeldes gemessen, so führt eine Umkehr der Kraft bzw. des Momentes, d. h. ein Vorzeichenwechsel zu einer Verschiebung einer Phase eines induzierten Messsignals um 180°. Somit ist es erforderlich, die Phase bei der Auswertung des Messsignals zu berücksichtigen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, bei der beschriebenen Messung auf die Bestimmung einer Phase verzichten zu können und dennoch positive und negative Werte der Kraft bzw. des Momentes bestimmen zu können.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.
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Die erfindungsgemäße Anordnung dient zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in Richtung einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Die Kraft bzw. das Drehmoment wirkt auf das Maschinenelement, wodurch es zu mechanischen Spannungen kommt und sich das Maschinenelement zumeist geringfügig verformt. Es kommt insbesondere zu einer Veränderung einer Permeabilität des Maschinenelementes. Die Achse bildet bevorzugt eine Rotationsachse des Maschinenelementes. Durch die Achse sind eine radiale Richtung, eine tangentiale bzw. umfängliche Richtung und eine axiale Richtung definiert. Die Anordnung ist bevorzugt zum Messen eines auf das Maschinenelement wirkenden Drehmomentes ausgebildet. Der Vektor des Drehmomentes ist zumindest parallel zur Achse des Maschinenelementes. Der Vektor des Drehmomentes fällt bevorzugt mit der Achse des Maschinenelementes zusammen. Bei dem Maschinenelement handelt es sich bevorzugt um eine rotierbare Welle.
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Die Anordnung umfasst mindestens eine Erregerspule zum Erzeugen einer Magnetisierung in einem Magnetisierungsabschnitt des Maschinenelementes. Die mindestens eine Erregerspule bildet somit einen Elektromagneten zum Erzeugen der Magnetisierung in dem Magnetisierungsabschnitt. Der Magnetisierungsabschnitt ist dadurch gekennzeichnet, dass er magnetisierbar ist und den invers-magnetostriktiven Effekt aufweist. Der Magnetisierungsabschnitt besteht bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material; insbesondere aus einem Stahl. Bevorzugt besteht das gesamte Maschinenelement aus dem Stahl. Der Magnetisierungsabschnitt ist zumindest in einem axialen Abschnitt des Maschinenelementes ausgebildet. Der Magnetisierungsabschnitt bildet einen Primärsensor zur Bestimmung des Momentes bzw. der Kraft. Der Magnetisierungsabschnitt weist bevorzugt eine hohe Magnetostriktivität auf.
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Die mindestens eine Erregerspule ist gegenüber dem Maschinenelement angeordnet. Zwischen der mindestens einen Erregerspule und dem Maschinenelement ist bevorzugt ein Luftspalt ausgebildet. Bevorzugt ruht die mindestens eine Erregerspule gegenüber dem Maschinenelement.
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Die Anordnung umfasst eine an die mindestens eine Erregerspule angeschlossene Wechselspannungsquelle. Somit wird durch die Erregerspule ein Wechselmagnetfeld erzeugt. Die Frequenz einer durch Wechselspannungsquelle erzeugbaren Wechselspannung beträgt bevorzugt mindestens 1 kHz. Die Wechselspannung beträgt bevorzugt zwischen 1 V und 20 V.
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Die Anordnung umfasst mindestens zwei Empfängerspulen, welche jeweils zur Messung zumindest einer Komponente einer durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldänderung bzw. dieses Magnetfeldes ausgebildet sind. Somit stellen die Empfängerspulen jeweils einen Magnetfeldsensor dar. Die Empfängerspulen bilden jeweils einen Sekundärsensor zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes. Der Primärsensor, d. h. der Magnetisierungsabschnitt dient zur Wandlung der zu messenden Kraft bzw. des Momentes in ein entsprechendes Magnetfeld bzw. in eine entsprechende Magnetfeldänderung, während die Sekundärsensoren die Wandlung dieses Magnetfeldes bzw. dieser Magnetfeldänderung in ein elektrisches Signal ermöglichen. Dieses Magnetfeld bzw. diese Magnetfeldänderung tritt aufgrund des invers-magnetostriktiven Effektes auf. Somit beruht die mit der erfindungsgemäßen Anordnung mögliche Messung auf dem invers-magnetostriktiven Effekt.
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Die Empfängerspulen sind jeweils gegenüber dem Maschinenelement angeordnet. Zwischen den Empfängerspulen und dem Maschinenelement ist bevorzugt ein Luftspalt ausgebildet. Bevorzugt ruhen die Empfängerspulen gegenüber dem Maschinenelement. Zumindest die mindestens eine Erregerspule, der Magnetisierungsabschnitt des Maschinenelementes und die mindestens zwei Empfängerspulen bilden einen magnetischen Kreis. Die Erregerspule und die mindestens zwei Empfängerspulen sitzen bevorzugt auf mindestens einem Magnetkern, welcher ebenfalls eine Komponente des magnetischen Kreises bildet.
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Die mindestens zwei Empfängerspulen sind in einer Empfängerspulenreihenschaltung elektrisch in Reihe geschaltet sind. Über der Empfängerspulenreihenschaltung ist eine Wechselspannung abgreifbar, deren Amplitude von der durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldänderung abhängig ist.
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In dem magnetischen Kreis ist zudem mindestens eine Offset-Spule angeordnet. Die mindestens eine Offset-Spule ist so konfiguriert, dass durch die mindestens eine Erregerspule in der Offset-Spule eine Offset-Wechselspannung induzierbar ist. Wird die mindestens eine Erregerspule durch die Wechselspannungsquelle gespeist, so wird in der Offset-Spule die Offset-Wechselspannung induziert. Die Offset-Wechselspannung ist nicht bzw. nur vernachlässigbar von der auftretenden Kraft bzw. von dem auftretenden Moment abhängig. Stattdessen ist die Offset-Wechselspannung bevorzugt von einer Temperatur der Anordnung und/oder von dem Luftspalt abhängig. Die mindestens eine Offset-Spule ist in einer Spulenreihenschaltung elektrisch in Reihe mit der Empfängerspulenreihenschaltung geschaltet. In der Spulenreihenschaltung sind die Empfängerspulen und die mindestens eine Offset-Spule elektrisch in Reihe geschaltet.
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Die Amplitude der Offset-Wechselspannung ist mindestens so groß wie eine Amplitude einer maximal über der Empfängerspulenreihenschaltung auftretenden Wechselspannung. Dies führt zu dem Vorteil, dass bei einer Auswertung einer über der Spulenreihenschaltung abgreifbaren Messspannung eine Phase nicht zu auszuwerten ist, um bestimmen zu können, ob die Kraft bzw. das Moment einen positiven oder einen negativen Wert aufweist. Die größte messbare Kraft mit negativem Vorzeichen bzw. das größte messbare Moment mit negativem Vorzeichen führt zu einer über der Spulenreihenschaltung abgreifbaren Messspannung, deren Amplitude 0 Volt oder wenig mehr als 0 Volt beträgt. Die größte messbare Kraft mit positivem Vorzeichen bzw. das größte messbare Moment mit positivem Vorzeichen führt zu einer maximalen Amplitude der über der Spulenreihenschaltung abgreifbaren Messspannung. Ist die zu messende Kraft bzw. das zu messende Moment gleich Null, so beträgt die Amplitude der über der Spulenreihenschaltung abgreifbaren Messspannung die Hälfte bzw. geringfügig mehr als die Hälfte der oben genannten maximalen Amplitude.
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Damit die Amplitude der Offset-Wechselspannung mindestens so groß wie die Amplitude der maximal über der Empfängerspulenreihenschaltung auftretenden Wechselspannung ist, weisen die Erregerspule, die Empfängerspulen und die Offset-Spule geeignete Windungszahlen auf. Die Offset-Wechselspannung beträgt bevorzugt zwischen 0,1 Volt und 10 Volt. Die maximal über der Empfängerspulenreihenschaltung auftretende Wechselspannung tritt dann auf, wenn die maximal mit der Anordnung messbare Kraft bzw. das maximal mit der Anordnung messbare Moment auf das Maschinenelement wirkt.
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Bevorzugte Ausführungsformen umfassen weiterhin eine Referenzgleichspannungsquelle zur Erzeugung einer Referenzgleichspannung. Die Referenzgleichspannungsquelle ist in einer Gesamtreihenschaltung elektrisch in Reihe mit der Spulenreihenschaltung geschaltet. In der Gesamtreihenschaltung sind die Referenzgleichspannungsquelle, die mindestens eine Offset-Spule und die Empfängerspulen elektrisch in Reihe geschaltet. Die Referenzgleichspannung ist mindestens so groß wie die Amplitude der Offset-Wechselspannung. Dies führt dazu, dass die über der Gesamtreihenschaltung abgreifbare Wechselspannung in ihrem Zeitverlauf entweder grundsätzlich mindestens Null oder grundsätzlich höchstens Null ist, d. h. dass die über der Gesamtreihenschaltung abgreifbare Wechselspannung in ihrem zeitlichen Verlauf ihr Vorzeichen nicht ändert. Entsprechend muss ein bevorzugt genutzter Messspannungsverstärker zur Verstärkung dieser Wechselspannung entweder nur zur Verstärkung von positiven Spannungen oder nur zur Verstärkung von negativen Spannungen ausgelegt sein, wodurch der zur Verstärkung erforderliche Aufwand reduziert ist. Die Referenzgleichspannung beträgt bevorzugt zwischen 1 Volt und 10 Volt.
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Bevorzugte Ausführungsformen umfassen weiterhin eine Signalauswertungseinheit zur Auswertung einer zumindest über der Spulenreihenschaltung abgreifbaren Messspannung. Die Messspannung wird bevorzugt über der Gesamtreihenschaltung abgegriffen. Die Messspannung umfasst die über der Empfängerspulenreihenschaltung auftretende Wechselspannung, welche von der Kraft bzw. von dem Moment abhängig ist. Die Signalauswertungseinheit umfasst bevorzugt einen Tiefpass zum Entfernen von hochfrequenten Anteilen der Messspannung. Die Signalauswertungseinheit umfasst bevorzugt weiterhin einen Messspannungsverstärker zur Verstärkung der Messspannung. Der Messspannungsverstärker ist bevorzugt an den Ausgang des Tiefpasses geschaltet. Die Signalauswertungseinheit umfasst bevorzugt weiterhin einen Hüllkurvendemodulator zum Erzeugen eines bereinigten Messsignals, dessen zeitlicher Verlauf dem zeitlichen Verlauf der Kraft bzw. des Momentes gleicht, wofür spektrale Anteile, welche aus dem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle resultieren, zu entfernen sind.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Signalauswertungseinheit weiterhin zur Auswertung einer über der Offsetspule abgreifbaren Messkontrollspannung ausgebildet. Die Messkontrollspannung ist unmittelbar über der Offset-Spule bzw. über der Reihenschaltung aus der Offset-Spule und der Referenzgleichspannungsquelle abgreifbar. Wie bereits oben erläutert wurde, ist die Offset-Wechselspannung nicht bzw. nur vernachlässigbar von der Kraft bzw. von dem Moment abhängig. Stattdessen ist die Offset-Wechselspannung bevorzugt von einer Temperatur der Anordnung und/oder dem Luftspalt abhängig. Folglich kann durch eine Auswertung der Messkontrollspannung auf Veränderungen der Temperatur und/oder des Luftspaltes geschlossen werden. Diese Veränderungen werden bei der Auswertung der Messspannung berücksichtigt, sodass ein Ergebnis der Messung der Kraft bzw. des Momentes nicht von Veränderungen der Temperatur und/oder des Luftspaltes abhängig ist. Die Signalauswertungseinheit umfasst bevorzugt einen weiteren Tiefpass zum Entfernen von hochfrequenten Anteilen der Messkontrollspannung. Die Signalauswertungseinheit umfasst bevorzugt weiterhin einen Messkontrollspannungsverstärker zur Verstärkung der Messkontrollspannung. Der Messkontrollspannungsverstärker ist bevorzugt an den Ausgang des weiteren Tiefpasses geschaltet. Die Signalauswertungseinheit umfasst bevorzugt weiterhin einen weiteren Hüllkurvendemodulator zum Erzeugen eines bereinigten Messkontrollsignals, dessen zeitlicher Verlauf dem zeitlichen Verlauf von Veränderungen der Temperatur und/oder des Luftspaltes gleicht, wofür spektrale Anteile, welche aus dem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle resultieren, zu entfernen sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen umfassen weiterhin mindestens einen Magnetkern bzw. Eisenkern. Der Magnetkern ist magnetisch hochpermeabel. Die Erregerspule und die mindestens zwei Empfängerspulen sitzen auf dem mindestens einen Magnetkern, welcher eine Komponente des magnetischen Kreises bildet. Der Magnetkern weist bevorzugt einen Erregerspulenschenkel auf, auf welchem die Erregerspule sitzt. Der Magnetkern weist zudem bevorzugt mindestens zwei Empfängerspulenschenkel auf, auf welchen jeweils eine der Empfängerspulen sitzt. Der Erregerspulenschenkel und die Empfängerspulenschenkel sind jeweils auf den Magnetisierungsabschnitt des Maschinenelementes gerichtet und über den jeweiligen Luftspalt magnetisch an den Magnetisierungsabschnitt des Maschinenelementes gekoppelt. Der Erregerspulenschenkel und die einzelnen Empfängerspulenschenkel sind voneinander beabstandet, sodass sie auf beabstandete Positionen der Oberfläche des Magnetisierungsabschnittes des Maschinenelementes gerichtet sind. Der Erregerspulenschenkel und die Empfängerspulenschenkel sind bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet. Der Erregerspulenschenkel und die Empfängerspulenschenkel sind in ihrer Gesamtheit bevorzugt radial zum Maschinenelement ausgerichtet.
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Eine erste besonders bevorzugte Ausführungsform umfasst die genau eine Offset-Spule. Diese eine Offset-Spule sitzt bevorzugt gemeinsam mit der Erregerspule auf dem Erregerspulenschenkel des Magnetkernes.
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Eine zweite besonders bevorzugte Ausführungsform umfasst mehrere der Offset-Spulen. Jeweils eine der Offset-Spulen sitzt bevorzugt gemeinsam mit einer der Empfängerspulen auf einem der Empfängerspulenschenkel des Magnetkernes. Die Anzahl der Empfängerspulen gleicht bevorzugt der Anzahl der Empfängerspulenschenkel. Die Anzahl der Empfängerspulenschenkel gleicht bevorzugt der Anzahl der Offset-Spulen. Die Offset-Spulen sind bevorzugt elektrisch in Reihe geschaltet.
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Die Empfängerspulenschenkel sind bevorzugt um den Erregerspulenschenkel herum verteilt angeordnet. Die Empfängerspulenschenkel sind bevorzugt um den Erregerspulenschenkel herum gleich verteilt angeordnet.
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Bevorzugte Ausführungsformen umfassen vier der Empfängerspulen. Entsprechend umfasst der Magnetkern vier der Empfängerspulenschenkel. Der Magnetkern weist bevorzugt einen zentralen Abschnitt auf, von dem die Empfängerspulenschenkel und der Erregerspulenschenkel abzweigen. Der zentrale Abschnitt ist bevorzugt kreuzförmig oder plattenförmig ausgebildet. Der kreuzförmige Abschnitt ist bevorzugt durch zwei sich kreuzende Balken gebildet. An Enden der Balken schließt sich jeweils einer der Empfängerspulenschenkel an. Der Erregerspulenschenkel zweigt von einem Mittelpunkt des kreuzförmigen Abschnittes ab. Es sind aber auch andere Gestaltungen des Magnetkernes bzw. des zentralen Abschnittes möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes mit der erfindungsgemäßen Anordnung oder mit einer der bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung. In einem Schritt des Verfahrens wird die mindestens eine Erregerspule durch die Wechselspannungsquelle bestromt, um eine Magnetisierung in dem Magnetisierungsabschnitt des Maschinenelementes zu erzeugen und um in der Offset-Spule eine Offset-Wechselspannung zu induzieren. Die Amplitude der Offset-Wechselspannung ist mindestens so groß wie eine Amplitude einer maximal über der Empfängerspulenreihenschaltung auftretenden Wechselspannung. Eine zumindest über der Spulenreihenschaltung abgreifbare Messspannung wird ausgewertet, um die auf das Maschinenelement wirkende Kraft und/oder das auf das Maschinenelement wirkende Moment zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist im Übrigen bevorzugt auch Merkmale auf, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung und deren bevorzugten Ausführungsformen angegeben sind.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
- 2 eine seitliche Ansicht der in 1 gezeigten Anordnung; und
- 3 einen Schaltplan für die in 1 gezeigte Anordnung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung. Diese Ausführungsform dient zur Messung eines auf einen drehbaren Flansch 01 wirkenden Drehmomentes. Der Flansch 01 steht beispielhaft für ein sich in einer Achse erstreckendes Maschinenelement, bei welchem es sich beispielsweise auch um eine Welle handeln kann. Die Anordnung umfasst einen Magnetkern 02, auf welchem eine Erregerspule 03, vier Empfängerspulen 04 und eine Offset-Spule 06 (im Detail gezeigt in 2) sitzen. Die Erregerspule 03 und die Offset-Spule 06 sitzen gemeinsam auf einem Erregerspulenschenkel 07 des Magnetkernes 02. Die Empfängerspulen 04 sitzen jeweils auf einem von vier Empfängerspulenschenkeln 08 des Magnetkernes 02. Der Erregerspulenschenkel 07 und die Empfängerspulenschenkeln 08 sind jeweils über einen Luftspalt 09 magnetisch an den Flansch 01 gekoppelt. Der Magnetkern 02 weist einen kreuzförmigen Abschnitt 11 auf, an dessen Enden sich die Empfängerspulenschenkeln 08 anschließen und von dessen Mittelpunkt der Erregerspulenschenkel 07 abzweigt.
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2 zeigt eine seitliche Ansicht der in 1 gezeigten Anordnung, jedoch ohne den Flansch 01. In dieser Ansicht ist insbesondere zu erkennen, dass die Erregerspule 03 und die Offset-Spule 06 gemeinsam auf dem Erregerspulenschenkel 07 des Magnetkernes 02 sitzen. Die Erregerspule 03 induziert in die Offset-Spule 06 eine Offset-Wechselspannung. In Abwandlung zu der Darstellung in 1 ist der kreuzförmige Abschnitt 11 des Magnetkernes 02 hier als eine Platte ausgeführt.
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3 zeigt einen Schaltplan für die in 1 gezeigte Anordnung. Die Anordnung umfasst eine Wechselspannungsquelle in Form eines Oszillators (nicht dargestellt), welche die Erregerspule 03 speist. Die vier Empfängerspulen 04 sind elektrisch in Reihe geschaltet und bilden eine Empfängerspulenreihenschaltung 12. Dabei sind die vier Empfängerspulen 04 hälftig mit umgekehrtem Wicklungssinn zusammengeschaltet. Die Empfängerspulenreihenschaltung 12 ist elektrisch in Reihe mit der Offset-Spule 06 geschaltet, sodass eine Spulenreihenschaltung 13 gebildet ist. Die Anordnung umfasst zudem eine Referenzgleichspannungsquelle 14 zur Erzeugung einer Referenzgleichspannung. Die Referenzgleichspannungsquelle 14 ist elektrisch in Reihe mit der Spulenreihenschaltung 13 geschaltet, wodurch eine Gesamtreihenschaltung 16 gebildet ist. Die Referenzgleichspannung ist mindestens so groß wie die Amplitude der Offset-Wechselspannung.
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Die Anordnung umfasst weiterhin eine Signalauswertungseinheit 17 zur Auswertung einer über der Gesamtreihenschaltung 16 abgreifbaren Messspannung und zur Auswertung einer über der Offset-Spule 06 und der Referenzgleichspannungsquelle 14 abgreifbaren Messkontrollspannung. Die Signalauswertungseinheit 17 umfasst eine erste Signalaufbereitungseinheit 18 zur Aufbereitung der über der Gesamtreihenschaltung 16 abgreifbaren Messspannung. Die Signalauswertungseinheit 17 umfasst zudem eine zweite Signalaufbereitungseinheit 19 zur Aufbereitung der über der Offset-Spule 06 und der Referenzgleichspannungsquelle 14 abgreifbaren Messkontrollspannung. Die erste Signalaufbereitungseinheit 18 und die zweite Signalaufbereitungseinheit 19 umfassen jeweils einen Tiefpass (nicht gezeigt), einen Signalverstärker (nicht gezeigt), einen Gleichrichter (nicht gezeigt) und einen Hüllkurvendemodulator (nicht gezeigt). Die Signalauswertungseinheit 17 umfasst schließlich einen Mikrocontroller 21 zur Auswertung der aufbereiteten Messspannung und der aufbereiteten Messkontrollspannung, um das auf den Flansch 01 (gezeigt in 1) wirkende Drehmoment zu bestimmen.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Flansch
- 02
- Magnetkern
- 03
- Erregerspule
- 04
- Empfängerspule
- 05
- -
- 06
- Offset-Spule
- 07
- Erregerspulenschenkel
- 08
- Empfängerspulenschenkel
- 09
- Luftspalt
- 10
- -
- 11
- kreuzförmiger Abschnitt
- 12
- Empfängerspulenreihenschaltung
- 13
- Spulenreihenschaltung
- 14
- Referenzgleichspannungsquelle
- 15
- -
- 16
- Gesamtreihenschaltung
- 17
- Signalauswertungseinheit
- 18
- erste Signalaufbereitungseinheit
- 19
- zweite Signalaufbereitungseinheit
- 20
- -
- 21
- Mikrocontroller
