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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Sensorik, insbesondere eine Drehmomentsensoreinheit zur Ermittlung eines Drehmoments und ggf. einer Drehzahl und der aus Drehmoment und Drehzahl resultierenden Leistung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es sind allgemein Sensoren mit Messgrößenumformern (hier auch Messelemente genannt) bekannt, die eine Kraft oder ein Drehmoment, welche an dem Messgrößenumformer anliegen, durch eine Veränderung der Ausrichtung von Magnetfeldlinien eines Magnetfeldes des Messgrößenumformers für Magnetfeldsensoren messbar machen.
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Magnetoelastische, magnetostriktive und inverse magnetostriktive Messung werden im Kontext dieser Messtechnologie als Synonyme verwendet. Der Begriff der inversen Magnetostriktion wird auch Villari Effekt genannt. In magnetischen Materialien wird aus einer Veränderung der Magnetisierung des Materials eine elastische Deformation des Materials ermittelt.
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Die Messung der Magnetfeldänderung geschieht dabei häufig mittels Schwingkreisen aus Spulen und Kondensatoren, welche durch unterschiedliche Sättigungszeitpunkte ein angelegtes Feld aus der Welle oder dessen Richtung detektieren können. Dabei wird die Spule nahe an das Magnetfeld des Messgrößenumformers gebracht.
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Weiterhin kann beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen (DMS), die auf die Welle aufgeklebt werden, das Drehmoment in einer mitrotierenden Sensoreinheit gemessen werden. Die aufwendige analoge Schaltungstechnik führt dabei zu einem signifikanten Stromverbrauch der Messvorrichtung.
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Messvorrichtungen, die mitrotieren können oder über einen Rotor und einen Stator verfügen, werden deshalb von außen mit Strom versorgt. Beispielsweise über Schleifkontakte oder eine Antenne, die als Spule ausgeführt ist und durch ein wechselndes Magnetfeld von einem Bauteil z. B. dem Stator, welches nicht mitrotiert, mittels Induktion Energie übertragen bekommt. Bei jeder Drehmomentsensoreinheit, die einen Stator aufweist, muss dieser Stator gegen Rotieren abgestützt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine autarke Messvorrichtung zur magnetoelastischen Bestimmung eines Drehmoments, wobei die Messvorrichtung einen Messaufnehmer aufweist, der ein Magnetfeld einer Magnetisierung misst und auf Grundlage des gemessenen Magnetfelds einen Ausgabewert ermittelt, der das Drehmoment repräsentiert.
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Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
- 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes;
- 2 zeigt einen Querschnitt einer beispielhaften autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1;
- 3 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer beispielhaften autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1 oder 2;
- 4 veranschaulicht einen beispielhaften schematischen Aufbau einer beispielhaften Elektronikeinheit, so wie diese in einer autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1, 2 oder 3 verwendet werden kann;
- 5 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer beispielhaften elektronischen Steuereinheit (ECU), die Signale von einer Elektronikeinheit erhält, welche in einer erfindungsgemäßen autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1, 2 oder 3 verwendet werden kann;
- 6a und 6b zeigen ein Ausführungsbeispiel für die Ermittlung eines Drehmoments aus der gemessenen magnetischen Feldstärke, wie sie in einer erfindungsgemäßen autarken Messvorrichtung eingesetzt werden kann;
- 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ermittlung einer Drehzahl aus einem sinusförmigen Beschleunigungssignal, welches bei der Rotation einer erfindungsgemäßen autarken Messvorrichtung durch die Erdbeschleunigung erzeugt werden kann;
- 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ermittlung einer Drehzahl aus einer radialen Beschleunigung einer Zentrifugalkraft, die durch die Rotation der autarken Messvorrichtung erzeugt wird;
- 9 zeigt einen zweiten beispielhaften Aufbau einer autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes; und
- 10 veranschaulicht einen schematischen Aufbau der beispielhaften autarken Messvorrichtung aus 9.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Ausführungsbeispiele zeigen eine autarke Messvorrichtung zur magnetoelastischen Bestimmung eines Drehmoments, wobei die Messvorrichtung einen Messaufnehmer aufweist, der ein Magnetfeld einer Magnetisierung misst und auf Grundlage des gemessenen Magnetfelds einen Ausgabewert ermittelt, der das Drehmoment repräsentiert.
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Bei der Messvorrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Sensormodul oder dergleichen.
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Der Messaufnehmer ist beispielsweise ein Magnetfeldsensor, der die Magnetfeldstärke messen kann.
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Autark meint hier eine Energieautarkie der Vorrichtung und bezeichnet ein Konzept, bei dem die Messvorrichtung lokal verfügbare Energiequellen und ggf. Energiespeicher nutzt und so nicht von externer Energiezufuhr abhängig ist.
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Das Drehmoment kann dabei beispielsweise auf die Messvorrichtung wirken, wobei die Messvorrichtung die Magnetisierung aufweist. Das Drehmoment kann aber auch beispielsweise auf ein Bauteil wirken, das die Magnetisierung aufweist und an dem die Messvorrichtung befestigt ist.
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Die Messvorrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie ungestützt betreibbar ist. Die Vorrichtung weist beispielsweise kein zusätzliches Bauteil auf, welches nicht mitrotiert. Dies bedeutet auch, dass die Messvorrichtung weiterhin keinen Stator aufweist, der von außen gegen eine Rotation, die beispielsweise das zu messende Drehmoment induziert, gesichert ist, zum Beispiel, indem der Stator mit einem nicht rotierenden Gehäuse verbunden ist, welches Teil einer Maschine ist, in der die Messvorrichtung zur Drehmomentmessung verbaut ist. Eine Haltestruktur, die ein nicht rotierendes Bauteil gegen Rotation sichert, wird dadurch eingespart und damit Bauraum eingespart. Ebenso ist eine Leitungsführung zur Versorgung der Vorrichtung nicht erforderlich und infolgedessen keine komplizierte und aufwendige mechanische Anbindung.
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Dies wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die Messvorrichtung energieautark ist und keine Kabelverbindungen zur Energieversorgung von außen und Signalübertragung nach außen, zum Beispiel über einen Stator erforderlich sind.
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Der Stromverbrauch der Vorrichtung ist vorzugsweise verringert, sodass die Messvorrichtung selbst ausreichend Strom generieren kann, um sich selbst zu versorgen.
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Ein autarker und ungestützter Drehmomentsensor, wie er in den Ausführungsbeispielen beschrieben ist, hat den Vorteil, dass er mobil einsetzbar ist, Komplexität einspart, die Automatisierbarkeit des Herstellungsprozesses verbessert und somit Produktionskosten einspart.
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Die Magnetisierung der Vorrichtung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie sich verändert, wenn sich das Drehmoment verändert. Dies liegt beispielsweise in magnetoelastischen Effekten begründet. Bei magnetoelastischen Effekten wie der Magnetostriktion verändert ein von außen angelegtes Magnetfeld die Länge bzw. das Volumen eines magnetischen Materials, insbesondere eines ferromagnetischen Materials. Dieser Effekt funktioniert ebenfalls invers.
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Bei der inversen Magnetostriktion verändert eine von außen angelegte mechanische Spannung, wie beispielsweise durch eine Streckung, Stauchung, Scherung oder Kombinationen dieser wie eine Torsion oder Biegung, das Magnetfeld eines magnetischen Materials, insbesondere eines ferromagnetischen Materials, verändert. Die inverse Magnetostriktion kann demnach zur Messung des Drehmoments verwendet werden.
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Eine vorab durchgeführte Magnetisierung ändert sich bei Krafteinwirkung in der Art, dass diese an innen oder außen liegenden Oberflächen wie beispielsweise Wellenoberflächen oder Rohrinnenwänden, detektiert werden kann. Genau gesagt ändert sich die Magnetisierung in Betrag und Richtung.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung ferner eine Microcontroller Einheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, aus dem gemessenen Magnetfeld das Drehmoment zu ermitteln.
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Die Microcontroller Einheit ist ferner dazu ausgelegt, verschiedene Funktionen und Komponenten der Elektronikeinheit anzusteuern. Zum Beispiel eine Ladeelektronik, Batterie und Energy-Harvesting System anzusteuern, um die Energieversorgung der Messvorrichtung sicherzustellen. Die Messwerte von beispielsweise einem zusätzlichen Beschleunigungssensor abzufragen und daraus eine Drehzahl zu bestimmen. Aus den ermittelten Drehmomenten und der zusätzlichen Drehzahlen Signale für die Übertragung mittels eines Antennenmoduls zu generieren und das Antennenmodul zur Übertragung dieser Signale anzusteuern.
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Das von den Sensoren, zum Beispiel Messaufnehmer und Beschleunigungssensor erfasste und in einer kleinen Microcontroller Einheit verarbeitete Signal lässt sich dann über Bluetooth (BLE), oder andere geeignete Signaltechnik aus der Messvorrichtung nach außen transportieren.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Microcontroller Einheit dazu ausgelegt ist, den Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, mittels eines Kennfelds, eines vorprogrammierten Algorithmus oder einer Tabelle zu ermitteln.
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Ein Kennfeld oder eine Tabelle kann genutzt werden, um das zu einem gemessenen Magnetfeld der Magnetisierung in dem Kennfeld oder der Tabelle hinterlegte Drehmoment zu ermitteln. Die Veränderung des Magnetfeldes folgt dem magnetoelastischen Prinzip, wonach eine Spannung in dem Material, in dem die Magnetisierung magnetisiert ist, die Richtung und Stärke der Feldlinien des Magnetfeldes verändert. Beispielsweise aufgrund einer durch Torsion durch das wirkende Drehmoment erzeugten Spannung im Material.
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Eine alternative Möglichkeit, das Drehmoment zu bestimmen, besteht in einem Algorithmus, dem ein Modell bzw. eine Kennlinie zugrunde liegt. Das gemessene Magnetfeld kann in dieses Modell oder diese Kennlinien als Eingangsparameter eingehen. Das Modell oder diese Kennlinien können dann mit diesem Eingangsparameter berechnet werden, wodurch das Drehmoment ermittelt wird.
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Sowohl das Kennfeld als auch die Tabelle, das Modell oder die Kennlinien können beispielsweise in einer Kalibrierungsphase erstellt bzw. angepasst werden, bei der verschiedene bekannte Drehmomente verwendet werden, um die Veränderung des Magnetfelds der Magnetisierung mit der Veränderung des Drehmoments zu charakterisieren.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung ferner ein Antennenmodul aufweist, das dazu ausgelegt ist, den Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, kabellos an einen Empfänger zu übertragen.
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Der Ausgabewert kann somit als verarbeitetes Signal über Bluetooth (BLE), oder andere geeignete Signaltechnik aus der Messvorrichtung nach außen transportiert werden. Durch die Wahl von unter anderem einer geeigneten Signaltechnik ist es möglich, den Stromverbrauch der gesamten Sensoreinheit auf wenige mA oder gar µA zu reduzieren, wobei dies abhängig von der Sendeleistung bzw. den Übertragungsraten ist.
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Der Empfänger kann beispielsweise eine weitere Steuereinheit sein, die aufgrund des Ausgabewertes eine Maschine, von der die Messvorrichtung ein Bauteil ist, ansteuert.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung ferner ein Energy-Harvesting System (115) umfasst.
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Zusammen mit dem Energy-Harvesting System kann auch eine Ladeelektronik und eine Batterie verbaut sein. Die Ladeelektronik kann mit einem Überschuss an Strom aus dem Energy-Harvesting System die Batterie laden, wenn das Energy-Harvesting System mehr Strom produziert als die Messvorrichtung benötigt. Wenn die Messvorrichtung allerdings mehr Strom benötigt als das Energy-Harvesting System bereitstellt, kann die Ladeelektronik Strom aus der Batterie entnehmen. Somit kann eine Zwischenspeicherung der erzeugten Energie durchgeführt werden.
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Es gibt Ausführungen, bei denen das Energy-Harvesting System (115) dazu ausgelegt ist, aus der Bewegung der Messvorrichtung (1, 200), aus einer Temperaturveränderung, aus vorhandenen Funkwellen, aus einem Druck, aus Licht, aus einer Strömung oder aus einer Magnetfeldänderung Strom zu erzeugen.
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Dabei kann die Bewegung beispielsweise eine Rotation, eine Vibration oder ein Stoß sein, denen die Messvorrichtung ausgesetzt sein kann. Die Energie kann dabei durch ein Drehschwingpendel und ein Generator bzw. einen Dynamo sowie elektrostatisch, mittels Piezoeffekt oder durch Induktion gewonnen werden.
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Eine Energiegewinnung durch eine Temperaturveränderung kann durch den pyroelektrischen Effekt oder die Materialausdehnung geschehen.
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Zur Energiegewinnung aus vorhandenen Funkwellen kann die Energie in den elektromagnetischen Schwingungen der Funkwelle absorbiert werden. Vorhandene Funkwellen umfassen WLAN, GMS und andere Übertragungsstandards. Zur Energiegewinnung aus Licht kann Fotovoltaik genutzt werden.
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Durch die Energiegewinnung kann die Messvorrichtung bzw. eine Elektronikeinheit mit dem Strom versorgt werden, der zum Betrieb benötigt wird.
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Eine Messvorrichtung mit einem geringen Stromverbrauch kann in dieser Weise mit einer Energy-Harvesting Einheit kombiniert werden, um den notwendigen Energiebedarf zu generieren. Die serienreifen erhältlichen Energy Harvesting Systeme liefern gängig einige µW bis wenige mW an Leistung, was zum Betrieb der Messvorrichtung ausreicht.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung ferner eine Batterie umfasst.
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Diese ermöglicht wie oben beschrieben das Zwischenspeichern von Energie, die durch das Energy-Harvesting System bereitgestellt wird.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie mit einem ersten rotierbaren Bauteil und mit einem zweiten rotierbaren Bauteil derart verbindbar ist, dass das Drehmoment durch die Messvorrichtung von dem ersten Bauteil auf das zweite Bauteil übertragbar ist und das Drehmoment in der Messvorrichtung ermittelt wird.
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Dabei können das erste oder zweite rotierbare Bauteil beispielsweise eine Welle, ein Schaft, ein Zahnrad oder ein weiteres Bauteil sein, welches rotierbar ist und das Drehmoment überträgt, zum Beispiel in einem Getriebe oder an einem Motor. Das erste oder zweite rotierbare Bauteil können weiterhin beispielsweise alle Bauteile sein, die dazu dienen, das Drehmoment zu übertragen. Das erste oder zweite rotierbare Bauteil können dabei zylinderförmig ausgeführt sein oder im Bereich Verbindung mit der Messvorrichtung zylinderförmig ausgeführt sein.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung eine erste kraftschlüssige Verbindung und eine zweite kraftschlüssige Verbindung aufweist, die durch ein Zwischensegment verbunden sind. Die erste kraftschlüssige Verbindung dient der Verbindung der Messvorrichtung mit dem ersten Bauteil und die zweite kraftschlüssige Verbindung dient der Verbindung der Messvorrichtung mit dem zweiten Bauteil, das Zwischensegment weist die Magnetisierung auf und der Messaufnehmer ist im Inneren des Zwischensegmentes angeordnet.
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Es kann eine oder beide der ersten und zweiten kraftschlüssigen Verbindung als Flansche ausgeführt sein. Weiterhin kann mindestens eine oder beide kraftschlüssigen Verbindungen als eine Innen- oder Außenverzahnung, Vierkant Verbindung, Polygon Verbindung, Pressverband Verbindung, Passfeder Verbindung ausgeführt sein.
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Dabei können die erste und zweite als Flansch ausgebildete kraftschlüssigen Verbindungen parallel zueinander angeordnet sein. Die Messvorrichtung wird so an einem Flansch oder außen an einem rotierbaren Objekt bzw. Bauteil bspw. einer Welle angebracht. Das zu messende Objekt bzw. Bauteil ist an mindestens einer Stelle, möglicherweise allerdings auch zwei, drei, vier oder mehr Stellen, umlaufend magnetisiert.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die gesamte Messvorrichtung mit dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil mitrotieren kann.
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Die Messvorrichtung ist nach dieser Ausführungsform ungestützt ausgeführt. Ungestützt meint hier eine Bauform der Messvorrichtung, die fest mit dem Bauteil oder den Bauteilen, die das Drehmoment auf die Messvorrichtung ausüben, verbunden ist. Kann das Bauteil oder die Bauteile rotieren, so rotiert die Messvorrichtung mit.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung auf einem rotierbaren Bauteil befestigbar ausgebildet ist, sodass das Drehmoment, welches das Magnetfeld der Magnetisierung verändert, durch die Messvorrichtung ermittelt wird.
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Das rotierbare Bauteil kann hierbei beispielsweise eine Welle, ein Schaft, ein Zahnrad oder ein weiteres Bauteil sein, welches rotierbar ist und das Drehmoment überträgt, zum Beispiel in einem Getriebe oder an einem Motor. Das Bauteil kann beispielsweise auch alle Bauteile sein, die dazu dienen, das Drehmoment zu übertragen. Dabei ist die Magnetisierung in dem Bauteil an der Stelle ausgebildet, an der die Messvorrichtung befestigt ist und das Bauteil überträgt das Drehmoment, wobei sich die Magnetisierung verändert, wenn sich das Drehmoment verändert. Das rotierbare Bauteil kann dabei zylinderförmig ausgeführt sein oder im Bereich, in dem es mit der Messvorrichtung verbunden ist, zylinderförmig ausgeführt sein.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die Messvorrichtung als Manschette ausgebildet ist, die auf dem rotierbaren Bauteil befestigbar ist, sodass die gesamte Messvorrichtung mit dem Bauteil mitrotieren kann.
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Die Messvorrichtung ist nach dieser Ausführungsform ebenfalls ungestützt ausgeführt. Die Magnetisierung der Messvorrichtung ist in einem Bauteil vorgesehen, auf das das Drehmoment wirkt. Dieses Bauteil kann wie das Rohrsegment als Teil der Messvorrichtung ausgeführt sein, es kann aber auch wie in dieser Ausführungsform vorgesehen ein weiteres Bauteil sein, an dem die Messvorrichtung befestigbar ist bzw. befestigt wird.
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Das zu messende Objekt bzw. Bauteil ist an mindestens einer Stelle, möglicherweise allerdings auch zwei, drei, vier oder mehr Stellen, umlaufend magnetisiert. Die Magnetisierung kann ellipsenförmige umlaufende Magnetfeldlinien in einer Ebene aufweisen, wobei die Ebene eine zylindersymmetrische Achse (Rotationsachse) der Messvorrichtung derart schneidet, dass sich der Schnittpunkt innerhalb der ellipsenförmig umlaufenden Magnetfeldlinien befindet.
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Der Messaufnehmer kann dazu ausgelegt sein, das Magnetfeld der Magnetisierung mittels des anisotropen magnetoresistiven Effektes (AMR-Effekt), mittels des Riesenmagnetowiderstandes (GMR-Effekt) oder mittels des magnetischen Tunnelwiderstandes (TMR-Effekt) zu messen.
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Die AMR, GMR, TMR Sensoren sind kommerziell erhältliche und kommen beispielsweise in der Unterhaltungselektronik oder in der Verwendung von digitalen Kompassen zum Einsatz.
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In den bisherigen Anwendungen wird die Detektion der Magnetfeldänderung mittels analoger Schwingkreise (ähnl. TTL-Signal) und Induktivitäten erfasst. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf den Stromverbrauch aus, der bei ca. 20 mA liegen kann. Die AMR, GMR, TMR Sensoren erweisen sich als vorteilhaft bezüglich des Stromverbrauchs, der bei wenigen µA liegt.
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Durch Verwendung dieser Kombination an Technologie aus Messaufnehmer und Antennenmodul ist es möglich, den Stromverbrauch der gesamten Messvorrichtung auf wenige mA oder gar µA zu reduzieren, wobei der Stromverbrauch auch abhängig von der Sendeleistung bzw. den Übertragungsraten ist.
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Die Messvorrichtung kann ferner einen Beschleunigungssensor umfassen und dazu ausgelegt sein, die Drehzahl der Messvorrichtung zu ermitteln. Die Microcontroller Einheit nach diesem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise dazu ausgelegt, einen Ausgabewert, der die Drehzahl der Messvorrichtung repräsentiert, mittels eines Modells aus einem Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors zu ermitteln.
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Obenstehende Messvorrichtung kann so erweitert werden, um auch die Drehzahl der Messvorrichtung zu detektieren. Dies kann erfolgen durch die Integration von einem oder mehreren Beschleunigungssensoren mindestens 3-achsig bzw. 6 oder mehrachsig, bei denen zum einen über die Kalibrierung einer Zentrifugalbeschleunigung eine Zuordnung zu einer Drehzahl erfolgenden kann. Wobei aus der Zentrifugalkraft als Modell die Winkelgeschwindigkeit und aus der Winkelgeschwindigkeit die Drehzahl bestimmt wird.
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Alternativ bei horizontaler Anordnung zur Erdbeschleunigung bzw. einer Anordnung mit einer Rotationsachse, die eine orthogonale Komponente zur Erdbeschleunigung aufweist, die Frequenz des Betrages, mit dem das Messsignal seine Richtung positiv und negativ zur Erdbeschleunigung ändert, gemessen werden kann. Dadurch ergibt sich ein sinusförmiges Signal, wobei sich die Frequenz mit fallender und steigender Drehzahl ändert. Auch bei der Bestimmung der Drehzahl können wieder Kennfelder, Kennlinien oder Modelle verwendet werde, die die Beschleunigungsdaten als Eingangsparameter verwenden. Aus der Kombination von Drehzahl und Drehmoment kann weiterhin eine Leistung ermittelt werden. Somit kann ein Ausgabewert, der die Leistung repräsentiert, ermittelt und übertragen werden.
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Zurückkommend zu den Figuren ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt.
- 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmomentes mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes. Die Messvorrichtung 1 ist so ausgebildet, dass sie mit einem ersten rotierbaren Bauteil und mit einem zweiten rotierbaren Bauteil derart verbindbar ist, dass ein Drehmoment durch die Messvorrichtung von dem ersten Bauteil auf das zweite Bauteil übertragbar ist und das Drehmoment in der Messvorrichtung ermittelt wird.
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Die autarke Messvorrichtung 1 besteht aus einer als Flansch ausgeführten ersten kraftschlüssigen Verbindung 2 zum Verbinden der Messvorrichtung mit einem ersten rotierbaren Bauteil (nicht dargestellt) und einer als Flansch ausgeführten kraftschlüssigen Verbindung 3 zum Verbinden der Messvorrichtung mit einem zweiten rotierbaren Bauteil (nicht dargestellt). Das erste und zweite Bauteil können zum Beispiel Wellen, Schäfte, Zahnräder oder andere Bauteile, die rotierbar sind und ein Drehmoment übertragen sein. Die Verbindung der Flansche mit der jeweiligen Wellen kann zum Beispiel mittels Schrauben oder Bolzen (nicht dargestellt) und den Bohrlöchern 6 ausgeführt sein. Weitere kraftschlüssige Verbindungen sind Steckverzahnungen, Vierkant Verbindung, Polygon Verbindung, Pressverband Verbindung, Passfeder Verbindung. Die als Flansche ausgeführten kraftschlüssigen Verbindungen 2 und 3 sind durch ein Zwischensegment 4 verbunden. Dieses Zwischensegment 4 ist mit einem Bohrloch zum Hindurchführen einer Antenne 5 eines Antennenmoduls (117 in 4) ausgeführt. Mittels dieser Antenne 5 kann der Ausgabewert aus der Messvorrichtung 1 kabellos übertragen werden. Weiterhin enthält das Zwischensegment 4 eine Elektronikeinheit 10 mit einer Abdeckung oder ist wahlweise z. B. mit einem Harz vergossen.
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In einem verbauten Zustand kann die Messvorrichtung 1 mit den beiden Wellen mitrotieren, ohne, dass ein Teil des der Messvorrichtung 1, der als Stator ausgelegt ist, an einem umliegenden Gehäuse (nicht dargestellt) abgestützt werden muss.
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Unter einem Drehmoment, das durch die Messvorrichtung 1 von einer der beiden rotierbaren Bauteile bzw. dem ersten rotierbaren Bauteile auf das andere der beiden rotierbaren Bauteile bzw. dem zweiten rotierbaren Bauteile übertragen wird, verwindet sich die Messvorrichtung 1 und die beiden als Flansche ausgeführten kraftschlüssigen Verbindungen 2 und 3 werden um einen Torsionswinkel zueinander tordiert. Diese Torsion findet maßgeblich in dem Zwischensegment 4 statt.
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2 zeigt einen Querschnitt einer beispielhaften autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmomentes mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1.
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In dem Hohlraum innerhalb des Zwischensegments 4, begrenzt durch die als Flansch ausgeführte zweite kraftschlüssige Verbindung 3, ist eine Elektronikeinheit 10 angeordnet.
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Die Elektronikeinheit 10 umfasst einen Messaufnehmer 7, eine Batterie 9 und ein Printed Circuit Bord (PCB) 11. Das PCB 11 umfasst ein Energy-Harvesting System (115 in 4), Ladeelektronik (114 in 4), ein Microcontroller Einheit (112 in 4) ein Antennenmodul (117 in 4) und einen Beschleunigungssensor (116 in 4), ggf. können auch mehrere Beschleunigungssensoren verbaut sein.
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Das Energy-Harvesting System, die Ladeelektronik und die Batterie versorgen die autarke Sensoreinheit mit Strom. Die Microcontroller Einheit kann aus dem Messwert des Messaufnehmers einen Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, ermitteln und an das Antennenmodul übertragen. Das Antennenmodul überträgt den Ausgabewert kabellos aus der autarken Messvorrichtung hinaus.
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Die autarke Messvorrichtung 1 umfasst die als Flansch ausgeführte erste kraftschlüssige Verbindung 2, die als Flansch ausgeführte zweite kraftschlüssige Verbindung 3, das Zwischensegment 4 und eine Magnetisierung 8 in dem Zwischensegment 4, sodass das Magnetfeld der Magnetisierung 8 an der inneren Oberfläche des Zwischensegmentes 4 messbar ist.
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Diese Magnetisierung 8 ist eine umlaufende Magnetisierung in dem Zwischensegment 4. Die Feldlinien des Magnetfeldes einen Ring bzw. eine Ellipse bilden, die in einer Ebene verlaufen, die einen Schnittpunkt mit der zylindersymmetrischen Achse des Zwischensegmentes 4 aufweist, sodass der Schnittpunkt der Ebene mit der Achse innerhalb der Fläche begrenzt von der umlaufenden Magnetisierung 8 liegt. Die Magnetisierung 8 kann dabei auch aus mehreren solcher Ringe bestehen, die beispielsweise nebeneinander angeordnet sind, bei denen die Feldlinien beispielsweise antiparallel zueinander verlaufen, sich jedoch gemäß der physikalischen Gesetze im Bereich zwischen den Ringen Übergänge zwischen den Magnetfeldern bilden.
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Wirkt ein Drehmoment auf die autarke Messvorrichtung 1, so verändert sich das Magnetfeld der Magnetisierung 8 aufgrund des magnetostriktiven Effektes. Bei einem Drehmoment, das die als Flansche ausgeführten kraftschlüssigen Verbindungen 2 und 3 gegeneinander tordiert, findet die Torsion maßgeblich im Zwischensegment 4 statt. Die Feldlinien der dortigen Magnetisierung 8 verschieben sich durch das Drehmoment. Dies ist beispielsweise in der Nähe der inneren Oberfläche des Zwischensegmentes 4 messbar. Die dort gemessene dominante vektorielle Komponente entlang des oben beschriebenen Ringes wird geringer, während eine axiale Komponente zunimmt. Aufgrund dieser Veränderung der Feldlinien wird der Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, ermittelt.
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Diese Veränderung der Feldlinien wird an der inneren Oberfläche oder in der Nähe der inneren Oberfläche des Zwischensegmentes 4 durch den Messaufnehmer 7 gemessen. Der Messaufnehmer 7 ist ein Sensor, der die vektorielle Richtung des Magnetfeldes in drei Dimensionen vermessen kann.
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Der Messaufnehmer 7 kann beispielsweise durch einen Sensor implementiert sein, der Magnetfelder mittels eines anisotropen magnetoresistiven Effektes (AMR) misst. Der Messaufnehmer 7 kann weiterhin durch einen Sensor implementiert sein, der Magnetfelder mittels eines Riesenmagnetowiderstand Effektes (GMR) oder eines magnetischen Tunnelwiderstandes (TMR) misst.
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Die Magnetisierung 8 kann alternativ auch an einem der beiden als Flansche ausgeführten kraftschlüssigen Verbindungen 2 und 3 magnetisiert werden und der Messaufnehmer 7 misst dann an dem magnetisierten Oberflächenabschnitt dieser Flansche.
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Aufgrund des geringen Stromverbrauches der AMR, GMR oder TMR Sensoren ist der durch das Energy-Harvesting System, die Batterie und die Ladeelektronik zur Verfügung gestellte Strom ausreichend, um die Messvorrichtung 1 autark zu betreiben. Dadurch kann die Sensoreinheit 1 ohne Abstützung von außen frei mit den beiden rotierbaren Bauteilen rotieren, einen Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, ermitteln und diesen Ausgabewert kabellos übertragen. Eine Energieversorgung von außen ist dabei nicht nötig, da die Messvorrichtung energieautark ist.
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Der Beschleunigungssensor ermöglicht eine zusätzliche Ermittlung der Drehzahl der autarken Messvorrichtung 1 und der ersten und zweiten rotierbaren Bauteile, die mit diesem verbunden sind. Ist die autarke Messvorrichtung 1 so verbaut, dass die Erdbeschleunigung eine vektorielle Komponente orthogonal zu der axialen Richtung der autarken Messvorrichtung 1 aufweist, so kann während der Rotation der autarken Messvorrichtung 1 eine sinusförmige Veränderung der Beschleunigung gemessen werden. Die Periode bzw. die Frequenz der sinusförmigen Veränderung kann in eine Drehzahl umgerechnet werden. Weiterhin kann bei der Rotation der autarken Messvorrichtung 1 eine Beschleunigung aufgrund einer Zentrifugalkraft gemessen werden. Aus dieser Beschleunigung lässt sich ebenfalls die Drehzahl ermitteln, welche in der Winkelgeschwindigkeit der Zentrifugalkraft repräsentiert ist. Wenn die Drehzahl erfasst wird, kann aus der Kombination der Drehzahl und des Drehmomentes auch die Leistung bestimmt werden. Somit kann ein Ausgabewert, der die Leistung repräsentiert, ermittelt und übertragen werden. Zur Erfassung der Leistung könne Kennfelder, Kennlinien, oder Modelle verwendet werden.
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3 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer beispielhaften autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmomentes mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1 oder 2.
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Die autarke Messvorrichtung 1 umfasst die umlaufende Magnetisierung 8 und die Elektronikeinheit 10 innerhalb des Zwischensegmentes (4 in 2). Die Elektronikeinheit 10 misst das Magnetfeld der umlaufenden Magnetisierung 8, welche durch ein appliziertes Drehmoment mittels des magnetostriktiven Effektes verändert wird. Die Messung des Magnetfeldes wird durch den Pfeil 104 dargestellt. Gemessen wird das Magnetfeld der Magnetisierung 8 in bis zu drei Dimensionen mittels eines magnetoresistiven Effektes (AMR, GMR, TMR wie oben beschrieben).
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Zudem kann die Elektronikeinheit 10 zum Beispiel mittels eines Beschleunigungssensors (116 in 4) die Drehzahl der autarken Messvorrichtung 1 ermitteln. Dies geschieht zum Beispiel über eine Beschleunigung, die durch eine Zentrifugalkraft hervorgerufen wird, oder eine sinusförmige Veränderung der Beschleunigung, die durch die Erdanziehungskraft hervorgerufen wird.
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Die Elektronikeinheit 10 übermittelt einen Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, an einen Empfänger, zum Beispiel eine elektronische Steuereinheit (ECU) 120 außerhalb der autarken Messvorrichtung 1. Es kann zusätzlich ein Ausgabewert, der die ermittelte Drehzahl repräsentiert, übermittelt werden.
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Der Ausgabewert, welcher von der Elektronikeinheit 10 übermittelt wird, kann ein analoges Signal sein, es kann allerdings auch ein digitales Signal sein.
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4 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer beispielhaften Elektronikeinheit, so wie diese in einer erfindungsgemäßen autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmomentes mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1, 2 oder 3 verwendet werden kann.
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Die Elektronikeinheit 10 umfasst eine Microcontroller Einheit 112, einen Messaufnehmer 7, ein Antennenmodul 117, einen Beschleunigungssensor 116, eine Batterie 9, ein Energy-Harvesting System 115 und eine Ladeelektronik 114.
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Der Messaufnehmer 7 misst das Magnetfeld der umlaufenden Magnetisierung (8 in 2 und 3) und übermittelt die Messwerte an die Microcontroller Einheit 112. Die Microcontroller Einheit 112 kann aus den Messwerten einen Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, ermitteln und diesen an das Antennenmodul 117 übermitteln.
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Sind zum Beispiel mehrere Messaufnehmer 7 an verschiedenen Stellen verbaut, kann das Magnetfeld der Magnetisierung 8 zum Beispiel an diesen verschiedenen Stellen gemessen werden, um beispielsweise die Genauigkeit und Verlässlichkeit der Messung zu verbessern.
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Der Beschleunigungssensor 116 misst die Beschleunigung und übermittelt die Beschleunigung an die Microcontroller Einheit 112. Die Microcontroller Einheit 112 kann aus der Beschleunigung einen Ausgabewert, der die Drehzahl repräsentiert, ermitteln und an das Antennenmodul 117 übermitteln.
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Das Antennenmodul 117 empfängt die Ausgabewerte, die das Drehmoment und ggf. die Drehzahl repräsentieren, von der Microcontroller Einheit 112. Diese Ausgabewerte werden kabellos an einen Receiver (121 in 5) der ECU (120 in 3 und 5) übermittelt. Die kabellose Kommunikationstechnologie zwischen Antennenmodul 117 und Receiver kann sämtliche gängigen Kommunikationsstandards umfassen, insbesondere Bluetooth (BLE), WLAN, ZigBee, NFC und Wibree.
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Die Microcontroller Einheit 112 (sowie der Messaufnehmer 7, der Beschleunigungssensor 116 und das Antennenmodul 117) wird durch die Ladeelektronik 114 mit Strom versorgt. Die Ladeelektronik 114 verteilt den Strom, der im Energy-Harvesting System 115 erzeugt wurde, auf die Microcontroller Einheit 112 und die Batterie 9. Produziert das Energy-Harvesting System 115 mehr Strom als in der autarken Messvorrichtung 1 benötigt wird, so wird mit dem Überschuss aufgrund der positiven Stromdifferenz die Batterie 9 geladen. Produziert das Energy-Harvesting System 115 jedoch weniger Strom als in der autarken Messvorrichtung 1 benötigt wird, so kann die Batterie 9 entladen werden, um die negative Stromdifferenz auszugleichen.
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Der Messaufnehmer 7 kann beispielsweise durch einen Sensor ausgeführt sein, der Magnetfelder mittels eines anisotropen magnetoresistiven Effektes (AMR) misst. Der Messaufnehmer 7 kann weiterhin durch einen Sensor implementiert sein, der Magnetfelder mittels eines Riesenmagnetowiderstandes (GMR) oder eines magnetischen Tunnelwiderstandes (TMR) misst.
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5 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer beispielhaften elektronischen Steuereinheit (ECU), die Signale von einer Elektronikeinheit erhält, welche in einer erfindungsgemäßen autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmomentes mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes aus 1, 2 oder 3 verwendet werden kann.
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Die elektronische Steuereinheit (ECU) 120 umfasst einen Receiver 121, eine Microcontroller Einheit 122 und ein Businterface 123. Der Receiver 121 empfängt den Ausgangswert, der das Drehmoment und ggf. die Drehzahl repräsentiert von dem Antennenmodul (117 in 4) der Elektronikeinheit 10. Der Receiver 121 übermittelt diesen Ausgabewert, der das Drehmoment und ggf. die Drehzahl repräsentiert, an die Microcontroller Einheit 122.
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Die kabellose Kommunikationstechnologie zwischen Antennenmodul und Receiver 121 kann sämtliche gängigen Kommunikationsstandards umfassen, insbesondere Bluetooth (BLE), WLAN, ZigBee, NFC und Wibree.
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Die Microcontroller Einheit 122 gibt Steuer/Regel-Signale auf Basis der Drehmomentwerte und ggf. der Drehzahlwerte aus und übermittelt diese entsprechend an das Businterface 123, welches die Verbindung zu Aktuatoren herstellen kann, die gesteuert oder geregelt werden sollen.
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Die Graphen in 6a und 6b zeigen ein Ausführungsbeispiel für die Ermittlung eines Drehmomentes aus der gemessenen magnetischen Feldstärke, wie diese in einer erfindungsgemäßen autarken Messvorrichtung eingesetzt werden kann.
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6a zeigt das Drehmoment in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke in der Richtung des umlaufenden Magnetfeldes (8 in 2 und 3). Da die Feldstärke des Magnetfeldes in der umlaufenden Richtung abnimmt, wenn das Drehmoment zunimmt, folgt, dass der ermittelte Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, mit steigender Feldstärke des Magnetfeldes in der umlaufenden Richtung abnimmt. Der Zusammenhang ist durch eine Drehmomentkennlinie 202 linear dargestellt.
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Hierbei wird der Betrag des Drehmomentes betrachtet, denn eine positive und negative Drehmomentrichtungen können hierbei nicht unterschieden werden. Die positive und negative Drehmomentrichtungen sind die unterschiedlichen Torsionsrichtungen der ersten kraftschlüssigen Verbindung (2 in 1 und 2) und der zweiten kraftschlüssigen Verbindung (3 in 1 und 2) gegeneinander. Dabei können die kraftschlüssigen Verbindungen als Flansche ausgeführt sein.
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6b zeigt das Drehmoment in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke in der axialen Richtung der autarken Messvorrichtung (1 in 1,2 und 3).
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Die Feldstärke 204 nimmt von 0 Nm Drehmoment und 0 A/m Feldstärke in positive Drehmomentrichtung hin linear zu und in negative Drehmomentrichtung hin linear ab. Der Betrag der Feldstärke des Magnetfeldes in der axialen Richtung nimmt zu, wenn das Drehmoment zunimmt. Hierbei gibt es ein positive und eine negative Richtung der Feldstärke des Magnetfeldes, die wahlweise als parallel und antiparallel zur axialen Richtung definiert werden können.
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Die positive Feldstärke kann dabei angeben, dass eine Feldlinienkomponente gemessen wird, die zum Beispiel von der ersten als Flansch ausgeführten kraftschlüssigen Verbindung (2 in 1 und 2) zu der zweiten als Flansch ausgeführten kraftschlüssigen Verbindung (3 in 1 und 2) zeigt und die negative Feldstärke, dass eine Feldlinienkomponente gemessen wird, die zum Beispiel von der zweiten als Flansch ausgeführten kraftschlüssigen Verbindung (3 in 1 und 2) zu der ersten als Flansch ausgeführten kraftschlüssigen Verbindung (2 in 1 und 2) hinzeigt. Die beiden Richtungen können beispielsweise auch vertauscht werden.
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Die positive und negative Drehmomentrichtungen geben dabei weiterhin die unterschiedlichen Torsionsrichtungen der ersten als Flansch ausgeführte kraftschlüssige Verbindung (2 in 1 und 2) und der zweiten als Flansch ausgeführten kraftschlüssige Verbindung (3 in 1 und 2) gegeneinander an.
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Der ermittelte Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert und mittels der Drehmomentkennlinie 204 ermittelt wird, ist beispielsweise ein negativer Wert, wenn eine Feldstärke des Magnetfeldes in negativer Feldlinienrichtung gemessen wird und positiv, wenn eine Feldstärke des Magnetfeldes in positiver Feldlinienrichtung gemessen wird. Je nach Definition der positiven und negativen Richtungen des Drehmomentes und der Feldlinien kann die Drehmomentkennlinie 204 auch mit zunehmend positiver magnetischer Feldstärke abfallen.
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Durch die positive und negative Feldstärke in axialer Richtung kann somit nicht nur das Drehmoment ermittelt werden, sondern auch die Richtung der Torsion der ersten und zweiten als Flansch ausgeführten kraftschlüssigen Verbindungen (2, 3 in 1 und 2) gegeneinander. Eine Kombination der Ermittlung eines Drehmomentes nach 6a und 6b kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ermittlung des Ausgangswertes verbessern.
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Alternativ ist eine Kombination aus den Messungen der Feldrichtungen, beispielsweise eine Addition oder Subtraktion von zumindest zwei Messspuren, aus denen eine Magnetisierung bestehen kann, denkbar.
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Des Weiteren kann das Verhältnis von Magnetfeldstärke und Drehmoment auch nur idealisiert linear sein. Dieses Verhältnis kann Hysterese behaftet sein und nicht vollständig linear. Die dann vorhandene Unlinearität kann mathematisch durch Regressionsgeraden oder geeignete mathematische Modelle zur Beschreibung von Hysteresekurven ausgleichen werden.
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Der Graph in 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ermittlung einer Drehzahl aus einem sinusförmigen Beschleunigungssignal, welches bei der Rotation einer erfindungsgemäßen autarken Messvorrichtung durch die Erdbeschleunigung erzeugt werden kann. Dazu muss die Erdbeschleunigung eine Komponente orthogonal zur axialen Richtung (Rotationsachse) der autarken Messvorrichtung 1 aufweisen.
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Die Beschleunigung 302 ist eine sinusförmige Schwingung um einen Grundwert herum. Die sinusförmige Schwingung in der Messung der Beschleunigungsdaten wird bei einer Rotation der autarken Messvorrichtung (1 in 1, 2 und 3) durch die Erdbeschleunigung hervorgerufen (wie oben bereits beschrieben). Aus der Periodenlänge 303 bzw. aus der Frequenz der sinusförmigen Schwingung lässt sich somit ein Ausgabewert, der die Drehzahl repräsentiert, ermitteln. Dazu können zum Beispiel die Maxima gezählt werden oder eine Fast Fourier Transformation durchgeführt werden.
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Wenn die Drehzahl zusätzlich ermittelt wird, kann aus der Kombination der Drehzahl und des Drehmoments ein Ausgabewert, der eine Leistung repräsentiert, ermittelt werden. Dazu kann ein Kennfeld, eine Kennlinie oder ein Modell verwendet werden.
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Der Graph in 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ermittlung einer Drehzahl aus einer radialen Beschleunigung einer Zentrifugalkraft, die durch die Rotation der autarken Messvorrichtung erzeugt wird.
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Die Zentrifugalkraft hängt quadratisch von der Winkelgeschwindigkeit ab und damit auch von der Drehzahl der autarken Messvorrichtung (1 in 1, 2 und 3). Dadurch ist die Drehzahl proportional zu der Wurzel der gemessenen Beschleunigung aufgrund der Zentrifugalkraft. Damit kann aus der radialen Beschleunigung über eine Kennlinie 304 ein Ausgabewert, der die Drehzahl repräsentiert, ermittelt werden.
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Wenn die Drehzahl zusätzlich ermittelt wird, kann aus der Kombination der Drehzahl und des Drehmoments ein Ausgabewert, der eine Leistung repräsentiert, ermittelt werden. Dazu kann ein Kennfeld, eine Kennlinie oder ein Modell verwendet werden.
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9 zeigt einen zweiten beispielhaften Aufbau einer autarken Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmomentes mittels einer magnetostriktiven Veränderung eines Magnetfeldes.
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Die autarke Messvorrichtung 200 ist an einem rotierbaren Bauteil 201 befestigt. Das rotierbare Bauteil 201 kann hierbei beispielsweise eine Welle, ein Schaft, ein Zahnrad oder ein weiteres Bauteil sein, welches rotierbar ist und ein Drehmoment überträgt, zum Beispiel in einem Getriebe oder an einem Motor. Eine Oberfläche des rotierbaren Bauteils 201 weist einer umlaufenden Magnetisierung (208 in 10) auf. Die autarke Messvorrichtung 200 ist als Manschette ausgestaltet und auf dem Teil des rotierbaren Bauteils 201 mit der umlaufenden Magnetisierung befestigt.
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Die als Manschette ausgeführte autarke Messvorrichtung 200 umfasst eine Elektronikeinheit (10 in 3, 4, 10), die das Magnetfeld der Magnetisierung misst und einen Ausgabewert ermittelt, der das Drehmoment repräsentiert. Der Ausgabewert wird dann von einem Antennenmodul (117 in 4) übermittelt (weitere Erklärung in 10). Die Elektronikeinheit umfasst weiterhin ein Energy-Harvesting System (115 in 4), welches die Elektronikeinheit 10 mit dem nötigen Strom versorgt.
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Dadurch kann die autarke Messvorrichtung 200 mit der Welle 201 rotieren und dabei das Magnetfeld messen, einen Ausgabewert, der das Drehmoment repräsentiert, ermitteln und kabellos übertragen ohne das eine Energieversorgung von außerhalb notwendig ist.
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Diese Einheit kann wie weiter oben beschrieben, auch um eine Ermittlung der Drehzahl mittels der Messwerte eines Beschleunigungssensors erweitert werden und damit ebenfalls eine Leistung bestimmen.
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10 veranschaulicht einen schematischen Aufbau der beispielhaften autarken Messvorrichtung aus 9.
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Die Manschette 202 ausgeführte autarke Messvorrichtung 200 umfasst eine Elektronikeinheit 10 innerhalb der Manschette und eine umlaufende Magnetisierung 208 an einem rotierbaren Bauteil 201, wie beispielsweise einer Welle. Wie in 9 ausgeführt, ist die Manschette 202 an dem rotierenden Bauteil 201 angebracht.
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Die Elektronikeinheit 10 kann, wie in 4 ausgeführt sein und die gleichen Aufgaben erfüllen. Die Elektronikeinheit 10 misst das Magnetfeld der Magnetisierung 208 und ermittelt einen Ausgabewert, der die Drehzahl repräsentiert. Das Magnetfeld der Magnetisierung 208 verändert sich in seiner Stärke und der Richtung der magnetischen Feldlinien durch ein appliziertes Drehmoment aufgrund eines magnetostriktiven Effektes. Die Messung des Magnetfeldes wird durch den Pfeil 204 dargestellt. Gemessen wird das Magnetfeld zumindest eindimensional, vorzugsweise jedoch in bis zu drei Dimensionen mittels eines magnetoresistiven Effektes (AMR, GMR, TMR wie oben beschrieben).
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Zudem kann die Elektronikeinheit 10 zum Beispiel aus den Messwerten eines Beschleunigungssensors (116 in 4) einen Ausgabewert, der die Drehzahl der autarken Messvorrichtung 1 repräsentiert, ermitteln. Dies geschieht zum Beispiel über eine Beschleunigung, die durch eine Zentrifugalkraft hervorgerufen wird, oder eine sinusförmige Veränderung der Beschleunigung, die durch die Erdanziehungskraft hervorgerufen wird. Diese Einheit kann wie weiter oben beschrieben, auch, wenn sie um eine Ermittlung der Drehzahl mittels der Messwerte eines Beschleunigungssensors erweitert ist, ebenfalls eine Leistung bestimmen.
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Die Elektronikeinheit 10 übermittelt einen Ausgabewert, der das Drehmoment und ggf. die Drehzahl repräsentiert, an beispielsweise eine elektronische Steuereinheit (ECU) 120 außerhalb der autarken Messvorrichtung 200. Die Steuereinheit 120 kann wie in 5 dargestellt ausgeführt sein.
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Das Signal, welches von der Elektronikeinheit 10 übermittelt wird, kann ein analoges Signal sein, es kann allerdings auch ein digitales Signal sein.
