DE19941683C2 - Measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaft - Google Patents
Measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaftInfo
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Abstract
Meßvorrichtung zur Ermittlung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer Welle (1), insbesondere zur Berechnung des über die Welle (1) übertragenen Drehmoments, mit mindestens zwei an der Welle (1) angeordneten und bezüglich der Welle (1) feststehenden GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) zur Ermittlung des jeweiligen Drehwinkels der Welle (1), wobei die beiden GMR-Sensoren (2.1, 3.1 bzw. 2.2, 3.2) axial zueinander beabstandet angeordnet sind, um aus den beiden gemessenen Drehwinkeln den drehmomentbedingten Torsionswinkel der Welle (1) im Bereich zwischen den beiden GMR-Sensoren (2.1, 3.1 bzw. 2.2, 3.2) zu bestimmen.Measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaft (1), in particular for calculating the torque transmitted via the shaft (1), with at least two GMR sensors (2.1, 2.2) arranged on the shaft (1) and fixed with respect to the shaft (1) , 3.1, 3.2) for determining the respective angle of rotation of the shaft (1), the two GMR sensors (2.1, 3.1 and 2.2, 3.2) being arranged axially spaced from one another in order to use the two measured angles of rotation to determine the torque-related torsion angle of the shaft ( 1) to be determined in the area between the two GMR sensors (2.1, 3.1 or 2.2, 3.2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Ermittlung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer Welle, insbesondere zur Berechnung des über die Welle übertragenen Drehmomentes, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaft, in particular to calculate the torque transmitted via the shaft, according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, zur Messung des über eine Antriebswelle über tragenen Drehmomentes Dehnungsmeßstreifen auf der Mantelflä che der Antriebswelle anzubringen, wobei die Dehnungsmeß streifen durch die drehmomentbedingte Torsion der Antriebs welle verformt werden, so daß die Verformung der Dehnungs meßstreifen eine Berechnung des über die Antriebswelle über tragenen Drehmomentes ermöglicht. Hierzu ist auf der Welle eine rotierende Meßelektronik befestigt, die ihre Daten kon taktlos an eine stationäre Elektronik überträgt. Nachteilig an diesem bekannten Meßverfahren ist also die Notwendigkeit einer rotierenden Meßelektronik mit einer aufwendigen Daten übertragung von der rotierenden Meßelektronik zu der festste henden Auswertungseinheit.It is known to measure over a drive shaft Strain gauges carried torque on the mantle che to attach the drive shaft, the strain gauges graze through the torque-related torsion of the drive wave are deformed so that the deformation of the strain measuring strips a calculation of the drive shaft via carried torque allows. This is on the wave a rotating measuring electronics attached, the data kon tactless transmission to stationary electronics. Disadvantageous the need for this known measuring method a rotating measuring electronics with complex data transmission from the rotating measuring electronics to the solidest evaluation unit.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Messung des über eine Welle übertragenen Drehmomentes sind an der Welle in ei nem vorgegebenen axialen Abstand zueinander zwei Sensoren an gebracht, welche jeweils den Drehwinkel der Welle an den bei den Meßpunkten messen, so daß sich der Torsionswinkel und da mit indirekt auch das Drehmoment als Differenz der beiden ge messenen Drehwinkel ergibt. Als Sensoren für die Bestimmung des Drehwinkels können beispielsweise optische Inkrementalge ber (engl. rotary encoder) verwendet werden. Nachteilig an dieser Meßmethode ist jedoch die relativ geringe Drehwinkel auflösung, so daß das Drehmoment nur relativ ungenau bestimmt werden kann.In another known method for measuring the over a shaft transmitted torque are on the shaft in egg at a given axial distance from each other to two sensors brought, which each the angle of rotation of the shaft at the measure the measuring points so that the torsion angle and there with indirectly also the torque as the difference between the two ge measured angle of rotation results. As sensors for the determination of the angle of rotation can, for example, optical incremental algae via (rotary encoder) can be used. Disadvantageous However, this method of measurement is the relatively small angle of rotation resolution, so that the torque is determined only relatively imprecisely can be.
Aus DE 38 44 577 C2 ist eine Meßvorrichtung zur Ermittlung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer Welle bekannt, bei der auf der Welle axial zueinander beabstandet zwei Trom meln befestigt sind, die sich mit der Welle drehen und auf ihrer Mantelfläche Magnetschichten zur Ansteuerung von je weils einem Magnetsensor tragen. Die Auswertung der Ausgangs signale der beiden Magnetsensoren ermöglicht somit die Be stimmung des Torsionswinkels der Welle in dem Bereich zwi schen den beiden Trommeln und damit eine Berechnung des Dreh moments. Nachteilig an dieser bekannten Meßvorrichtung ist jedoch die Tatsache, daß zur Lagerung der Welle separate Wälzlager erforderlich sind, was zu einem unbefriedigenden Lauf der Welle führt.DE 38 44 577 C2 describes a measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaft is known, in the case of the two axially spaced apart on the shaft are attached, which rotate with the shaft and on their outer surface magnetic layers to control each because wear a magnetic sensor. The evaluation of the output signals from the two magnetic sensors thus enables the Be Tuning the torsion angle of the shaft in the area between between the two drums and thus a calculation of the rotation moments. A disadvantage of this known measuring device is however, the fact that separate shaft bearings Rolling bearings are required, resulting in an unsatisfactory Run of the shaft leads.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene bekannte Meßvorrichtung dahingehend zu verbes sern, daß die Welle einen möglichst guten Lauf aufweist.The invention is therefore based on the object, the above known measuring device to verbes to that effect Ensure that the shaft runs as well as possible.
Die Aufgabe wird, ausgehend von der vorstehend beschriebenen bekannten Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The task is based on that described above known measuring device according to the preamble of the claim 1, solved by the characterizing features of claim 1.
Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, als Sensor zur Bestimmung des Drehwinkels einer Welle einen soge nannten GMR-Sensor (Giant Magneto Resistor) zu verwenden, dessen elektrischer Widerstand durch ein äußeres Magnetfeld verändert werden kann, was eine erheblich größere Drehwinkel auflösung und damit eine exaktere Drehmomentbestimmung als bei Verwendung von optischen Drehwinkelgebern erlaubt. Derartige GMR-Sensoren sind bekannt, so daß im folgenden auf eine detaillierte Beschreibung von GMR-Sensoren verzichtet und diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik verwie sen wird.The invention encompasses the general technical teaching as Sensor for determining the angle of rotation of a shaft a so-called named GMR sensor (Giant Magneto Resistor), its electrical resistance due to an external magnetic field can be changed, resulting in a significantly larger angle of rotation resolution and thus a more precise torque determination than allowed when using optical rotary encoder. Such GMR sensors are known, so that in the following on a detailed description of GMR sensors omitted and in this regard refer to the relevant prior art will.
Die Ansteuerung der GMR-Sensoren erfolgt jeweils durch eine an der Welle befestigte Magnetanordnung, die sich mit der Welle dreht, so daß sich das auf die GMR-Sensoren wirkende Magnetfeld und damit deren elektrischer Widerstand bei einer Drehung der Welle laufend ändert.The GMR sensors are each controlled by a magnet arrangement attached to the shaft, which is in alignment with the Shaft rotates so that it acts on the GMR sensors Magnetic field and thus its electrical resistance in a Rotation of the shaft changes continuously.
Hierbei sind an der Welle axial zueinander beabstandet min destens zwei bezüglich der Welle feststehende GMR-Sensoren angeordnet, die durch zwei Magnetanordnungen angesteuert wer den, die sich mit der Welle drehen. Eine Drehung der Welle führt also zu einer Widerstandsänderung der beiden GMR-Sen soren, so daß der elektrische Widerstand der beiden Sensoren eine Berechnung des Drehwinkels erlaubt. Der Torsionswinkel und damit indirekt auch das über die Welle übertragene Dreh moment ergeben sich als Differenz der von den beiden GMR- Sensoren erfaßten Drehwinkel.Here are axially spaced min at least two GMR sensors fixed with respect to the shaft arranged, which are controlled by two magnet arrangements those who turn the shaft. A rotation of the shaft thus leads to a change in resistance of the two GMR sen sensors, so that the electrical resistance of the two sensors a calculation of the angle of rotation allowed. The torsion angle and thus indirectly the rotation transmitted via the shaft moment are the difference between the two GMR Sensors detected the angle of rotation.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Meß vorrichtung nicht nur zwei zueinander axial beabstandete GMR- Sensoren auf, sondern es sind in einem vorgegebenen axialen Abstand zueinander an der Welle zwei bezüglich der Welle feststehende Paare von GMR-Sensoren angeordnet. Entsprechend sind auf der Welle zwei Paare von Magnetanordnungen ange bracht, die sich mit der Welle drehen und dabei die GMR-Sen soren ansteuern. Wichtig ist hierbei, daß die Magnetanordnun gen eines Paares und/oder die GMR-Sensoren eines Paares be züglich der Drehachse der Welle um einen vorgegebenen Winkel relativ zueinander verdreht angeordnet sind, damit zusätzlich zur Bestimmung des Torsionswinkels auch die Torsionsrichtung der Welle ermittelt werden kann. Vorzugsweise sind die Mag netanordnungen eines Paares und/oder die GMR-Sensoren eines Paares hierbei um einen Winkel von 90° relativ zueinander verdreht angeordnet.In an advantageous variant of the invention, the measuring device not only two axially spaced GMR Sensors on, but they are in a given axial Distance to each other on the shaft two with respect to the shaft fixed pairs of GMR sensors arranged. Corresponding two pairs of magnet arrangements are attached to the shaft that rotates with the shaft and thereby the GMR sen control sensors. It is important that the magnet arrangement gene of a pair and / or the GMR sensors of a pair with respect to the axis of rotation of the shaft by a predetermined angle are arranged rotated relative to each other, so in addition to determine the torsion angle also the direction of torsion the wave can be determined. The mag net arrangements of a pair and / or the GMR sensors of one Couple here at an angle of 90 ° relative to each other twisted arranged.
Bei einer Drehung der Welle mit einer konstanten Winkelge schwindigkeit liefern die einzelnen GMR-Sensoren jeweils ein sinusförmiges Ausgangssignal, wobei sich der Drehwinkel di rekt aus dem Ausgangssignal des GMR-Sensors ergibt, wohinge gen die Drehrichtung aus dem Verhältnis der Ausgangssignale der beiden GMR-Sensoren eines Paars ermittelt wird. Die vor stehend beschriebene Anordnung mit um 90° relativ zueinander verdrehten GMR-Sensoren bietet den Vorteil, daß stets einer der beiden GMR-Sensoren eines Paares im weitgehend linearen Bereich ausgesteuert ist und deshalb ein relativ gutes Klein signalverhalten aufweist. Bei der Bestimmung des Drehwinkels bzw. bei der Berechnung des Torsionswinkels aus den beiden gemessenen Drehwinkeln werden deshalb vorzugsweise die Aus gangssignale derjenigen GMR-Sensoren verwendet, deren Aus gangssignal gerade im weitgehend linearen Bereich der Sinus kurve liegt. Hierzu können die Ausgangssignale der beiden GMR-Sensoren eines Paares jeweils mit einem Schwellwert ver glichen werden, wobei die Auswertungseinheit auf den anderen GMR-Sensor umschaltet, wenn der Absolutwert des Ausgangssig nals des aktuellen GMR-Sensors den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, da das Ausgangssignal des aktuellen GMR-Sen sors dann in den nichtlinearen Bereich der Sinuskurve hinein läuft.When the shaft rotates at a constant angle The individual GMR sensors deliver speed sinusoidal output signal, the angle of rotation di right from the output signal of the GMR sensor shows where direction of rotation from the ratio of the output signals of the two GMR sensors of a pair is determined. The before standing arrangement with 90 ° relative to each other twisted GMR sensors has the advantage that there is always one of the two GMR sensors of a pair in the largely linear Range is controlled and therefore a relatively good small exhibits signal behavior. When determining the angle of rotation or when calculating the torsion angle from the two measured angles of rotation are therefore preferably the off used signals of those GMR sensors whose off output signal, especially in the largely linear range of the sine curve lies. For this, the output signals of the two GMR sensors of a pair each with a threshold value ver be compared, the evaluation unit on the other GMR sensor switches when the absolute value of the output signal the specified threshold value for the current GMR sensor exceeds because the output signal of the current GMR-Sen sors then into the nonlinear area of the sine curve running.
Die vorstehend erwähnten Magnetanordnungen zur Ansteuerung der GMR-Sensoren bestehen aus einer auf der Mantelfläche der Welle angeordneten und über den gesamten Umfang der Welle umlaufenden Magnetschicht, wobei die Polarisierung der Magnet schicht über den Umfang wechselt, so daß sich die Richtung des auf die GMR-Sensoren wirkenden Magnetfeldes bei einer Drehung der Welle ständig ändert. Hierbei besteht eine derar tige Magnetschicht aus einer Vielzahl von über den Umfang der Mantelfläche der Welle verteilt angeordneten Permanentmagne ten, die alle im wesentlichen axial, radial oder in Umfangs richtung ausgerichtet sind.The above-mentioned magnet arrangements for driving The GMR sensors consist of one on the outer surface of the Shaft arranged and rotating around the entire circumference of the shaft Magnetic layer, the polarization of the magnet layer changes over the perimeter so that the direction changes of the magnetic field acting on the GMR sensors at one Rotation of the shaft changes constantly. There is one of them term magnetic layer of a variety of over the scope of The lateral surface of the shaft has a permanent magnet distributed around it ten, all substantially axially, radially or circumferentially direction.
Erfindungsgemäß ist zur Lagerung der Welle ein Gleitlager vorgesehen, das als öl-eigenförderndes Gleitlager ausgebildet ist, wobei die auf der Mantelfläche der Welle angebrachte Magnetschicht mit einem Teil ihrer Ausdehnung eine Lagerflä che dieses Gleitlagers bildet. Vorzugsweise erfolgt die Zu fuhr von Öl hierbei durch einen Feinstfilter.According to the invention, a plain bearing is used to support the shaft provided, which is designed as an oil-promoting slide bearing is, which is attached to the outer surface of the shaft Magnetic layer with a part of its extent a storage area surface of this plain bearing. Preferably, the Zu drove of oil through a fine filter.
Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist, daß die Drehwinkelauflösung und damit die Genauigkeit bei der Bestimmung des von der Welle übertragenen Drehmomen tes wesentlich größer ist als bei dem eingangs beschriebenen optischen Drehwinkelgeber, da die auf einer Mantelfläche der Welle angebrachte Magnetschicht wesentlich feiner aufgeteilt werden kann. So läßt sich beispielsweise ein Polabstand von 10-15 µm realisieren, was bei einem Wellendurchmesser von 21 mm zu einer Dipoldichte von 3,3 . 106 Dipolen/mm und ent sprechend zu einer Winkelauflösung von 10-4°/Schritt führt.It is particularly advantageous in the measuring device according to the invention that the angle of rotation resolution and thus the accuracy in determining the torque transmitted by the shaft is significantly greater than in the optical angle of rotation sensor described at the outset, since the magnetic layer applied to a lateral surface of the shaft can be divided much more finely . For example, a pole spacing of 10-15 µm can be achieved, which with a shaft diameter of 21 mm leads to a dipole density of 3.3. 10 6 dipoles / mm and accordingly leads to an angular resolution of 10 -4 ° / step.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zei gen: Other advantageous developments of the invention are in the Subclaims marked or are together below men with the description of the preferred embodiment the invention with reference to the figures. It shows gene:
Fig. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin dung eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer An triebswelle, Fig. 1 as a preferred embodiment of the dung OF INVENTION a measuring device for determining the torque-induced torsion of a drive shaft An,
Fig. 2 die Ausgangssignale der beiden GMR-Sensoren der Meßvorrichtung aus Fig. 1 als Diagramm, Fig. 2, the output signals of the two GMR sensors of the measuring device of FIG. 1 as diagram
Fig. 3 bis 5 verschiedene mögliche Magnetanordnungen zur An steuerung der GMR-Sensoren. Fig. 3 to 5 different possible magnet arrangements for controlling the GMR sensors.
Die in Fig. 1 dargestellte Meßvorrichtung dient zur Bestim mung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer Antriebs welle 1 - beispielsweise einer Brennkraftmaschine - mit einem Durchmesser von 21 mm, um anschließend aus dem gemessenen Torsionswinkel das über die Antriebswelle 1 übertragene Dreh moment berechnen zu können.The measuring device shown in Fig. 1 is used to determine the torque-related torsion angle of a drive shaft 1 - for example an internal combustion engine - with a diameter of 21 mm, in order to then be able to calculate the torque transmitted via the drive shaft 1 from the measured torsion angle.
Hierzu sind seitlich neben der Antriebswelle 1 in einem vor gegebenen axialen Abstand zueinander zwei Paare von GMR-Sen soren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 angebracht, wobei jedes Paar der GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 jeweils den Drehwinkel und die Drehrichtung der Antriebswelle 1 an den jeweiligen Meßpunkten erfaßt. Die Ansteuerung der GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 erfolgt durch Magnetschichten 4.1, 4.2 bzw. 5.1, 5.2, die auf die Mantelfläche der Antriebswelle 1 jeweils im Bereich der GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 aufgebracht sind, wobei jede der Magnetschichten 4.1, 4.2 bzw. 5.1, 5.2 aus einer Vielzahl von über den Umfang der Mantelfläche der Antriebswelle 1 verteilt angeordneten Permanentmagneten 6 mit abwechselnder Polarität besteht. So zeigt Fig. 3 die Anord nung der einzelnen Permanentmagneten 6 in den einzelnen Mag netschichten 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, wobei ersichtlich ist, daß die einzelnen Permanentmagneten 6 jeweils axial ausgerichtet sind. Bei einer Drehung der Antriebswelle 1 ändert sich also laufend das auf die GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 wirkende Magnetfeld und damit der elektrische Widerstand des jeweili gen GMR-Sensors 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, so daß sich ein sinusför miger Verlauf des Ausgangssignals der einzelnen GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 ergibt, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.For this purpose, two pairs of GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 are attached to the side next to the drive shaft 1 at a given axial distance from one another, each pair of GMR sensors 2.1 , 2.2 and 3.1 , 3.2 respectively the angle of rotation and the Direction of rotation of the drive shaft 1 detected at the respective measuring points. The GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 are controlled by magnetic layers 4.1 , 4.2 or 5.1 , 5.2 , which are applied to the outer surface of the drive shaft 1 in the area of the GMR sensors 2.1 , 2.2 or 3.1 , 3.2 , wherein each of the magnetic layers 4.1 , 4.2 or 5.1 , 5.2 consists of a plurality of permanent magnets 6 with alternating polarity arranged distributed over the circumference of the outer surface of the drive shaft 1 . Thus, FIG. 3 shows the Anord voltage of the individual permanent magnets 6 in the individual Mag netschichten 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, being understood that the individual permanent magnets 6 are each axially aligned. When the drive shaft 1 rotates, the magnetic field acting on the GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 changes continuously and thus the electrical resistance of the respective GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 , so that a sinusoidal shape The course of the output signal of the individual GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 results as shown in FIG. 2.
Die einzelnen Magnetschichten 4.1, 4.2 bzw. 5.1, 5.2 eines Paares sind hierbei jeweils um einen Winkel relativ zueinan der verdreht angeordnet, welcher der halben Breite eines der Permanentmagneten 6 entspricht, so daß die Ausgangssignale der GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 eines Paares jeweils um 90° zueinander zeitlich versetzt sind, wie aus Fig. 2 er sichtlich ist. Zum einen ermöglicht dies neben der Bestimmung des Drehwinkels und damit des Torsionswinkels auch die Er mittlung der Drehrichtung und damit der Torsionsrichtung, in dem die Ausgangssignale der GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 eines Paares miteinander verglichen werden. Zum anderen ermöglicht die Verwendung von zwei Paaren von GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 eine exaktere Erfassung auch von kleinen Drehwinkeländerungen, da sich stets einer der beiden GMR- Sensores 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 eines Paares im weitgehend linearen Bereich der jeweiligen Sinuskurve befindet, so daß die Auswerteelektronik zur Bestimmung des Drehwinkels laufend zwischen den beiden GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 eines Paares umschaltet.The individual magnetic layers 4.1 , 4.2 or 5.1 , 5.2 of a pair are each rotated relative to one another by an angle which corresponds to half the width of one of the permanent magnets 6 , so that the output signals of the GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 of a pair are each offset by 90 ° to one another, as can be seen from FIG. 2. On the one hand, this enables not only the determination of the angle of rotation and thus the torsion angle but also the determination of the direction of rotation and thus the direction of torsion, in which the output signals of the GMR sensors 2.1 , 2.2 or 3.1 , 3.2 of a pair are compared with one another. On the other hand, the use of two pairs of GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 enables a more precise detection of even small changes in the angle of rotation, since one of the two GMR sensors 2.1 , 2.2 or 3.1 , 3.2 of a pair is always in the largely linear range of the respective sine curve, so that the evaluation electronics for determining the angle of rotation switches continuously between the two GMR sensors 2.1 , 2.2 and 3.1 , 3.2 of a pair.
Weiterhin zeigt Fig. 1 ein Gleitlager 7 sowie ein Notlaufla ger 8, wobei sich die Magnetschicht 4.1 bis in den Bereich des Notlauflagers 8 und des Gleitlagers 7 erstreckt und somit ein Lagerfläche für diese Lager bildet.Furthermore, FIG. 1 shows a sliding bearing 7 and a Notlaufla ger 8, wherein the magnetic layer is 4.1 extends into the region of the Notlauflagers 8 and the slide bearing 7 and thus forms a bearing surface for these bearings.
Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung der einzelnen Perma nentmagneten 6 in der Magnetschicht, wobei die Permanentmagneten 6 in der Darstellung gemäß Fig. 4 in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Fig. 4 shows an alternative arrangement of the individual Perma mag- nets 6 in the magnetic layer, wherein the permanent magnet 6 in the representation of FIG. 4 are aligned in the circumferential direction.
Fig. 5 zeigt schließlich schematisch die Antriebswelle 1 mit einer Magnetschicht, in der die einzelnen Permanentmagneten jeweils radial ausgerichtet sind, wobei die Größenverhältnis se in der Zeichnung zur Verdeutlichung der radialen Ausrich tung der Permanentmagneten verändert wurden. Tatsächlich wei sen die einzelnen Permanentmagenten nur eine radiale Erstre ckung von einem Bruchteil des Durchmessers der Antriebswelle auf. Fig. 5 finally shows schematically the drive shaft 1 with a magnetic layer in which the individual permanent magnets are each radially aligned, the size ratio se in the drawing to clarify the radial direction of the permanent magnets have been changed. In fact, the individual permanent magnets only have a radial extension of a fraction of the diameter of the drive shaft.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear teten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its execution the preferred embodiments given above. Rather, a number of variants are conceivable, which of the solution shown even with fundamentally different gear made use of.
Claims (5)
mit mindestens zwei an der Welle (1) angeordneten und bezüg lich der Welle (1) feststehenden GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) zur Ermittlung des jeweiligen Drehwinkels der Welle (1), wobei die beiden GMR-Sensoren (2.1, 3.1 bzw. 2.2, 3.2) axial zueinander beabstandet angeordnet sind, um aus den beiden ge messenen Drehwinkeln den drehmomentbedingten Torsionswinkel der Welle (1) im Bereich zwischen den beiden GMR-Sensoren (2.1, 3.1 bzw. 2.2, 3.2) zu bestimmen,
während zur Ansteuerung der beiden GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) zwei Magnetanordnungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) vorge sehen sind, wobei die beiden Magnetanordnungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) jeweils einem der beiden GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) zugeordnet sind und sich mit der Welle (1) drehen, wobei die GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) jeweils zu der Mantelfläche der Welle (1) benachbart angeordnet sind und die Magnetanordnungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) jeweils aus einer auf der Mantelfläche der Welle (1) umlaufenden Magnetschicht mit über den Umfang wechselnder Polarisierung bestehen,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Lagerung der Welle (1) ein Gleitlager vorgesehen ist, wobei die Magnetschicht (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) mit einem Teil ihrer Ausdehnung eine Lagerfläche des Gleitlagers bildet. 1. Measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaft ( 1 ), in particular for calculating the torque transmitted via the shaft ( 1 ),
with at least two GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) arranged on the shaft ( 1 ) and fixed to the shaft ( 1 ) to determine the respective angle of rotation of the shaft ( 1 ), the two GMR sensors ( 2.1 , 3.1 or 2.2 , 3.2 ) are arranged axially spaced from one another in order to determine the torque-related torsion angle of the shaft ( 1 ) in the area between the two GMR sensors ( 2.1 , 3.1 or 2.2 , 3.2 ) from the two measured angles of rotation,
while for controlling the two GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) two magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) are provided, the two magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) each one of the two GMR Sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) are assigned and rotate with the shaft ( 1 ), the GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) each being arranged adjacent to the lateral surface of the shaft ( 1 ) and the magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) each consist of a circumferential magnetic layer on the outer surface of the shaft ( 1 ) with polarization that changes over the circumference,
characterized by
that a plain bearing is provided for mounting the shaft ( 1 ), the magnetic layer ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) forming part of its extent as a bearing surface of the plain bearing.
daß zur zusätzlichen Bestimmung der Torsionsrichtung neben dem Torsionswinkel zwei axial zueinander beanstandete und be züglich der Welle (1) feststehende Paare von GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) vorgesehen sind, und
daß an der Welle (1) zur Ansteuerung der GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) entsprechend zwei Paare von Magnetanordnungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) befestigt sind, die sich mit der Welle (1) drehen,
wobei die Magnetanordnungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) eines Paares und/oder die GMR-Sensoren (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) eines Paares bezüglich der Drehachse der Welle (1) um einen vorgegebenen Winkel relativ zueinander verdreht angeordnet sind.2. Measuring device according to claim 1, characterized in
that for the additional determination of the direction of torsion in addition to the torsion angle two axially spaced and be fixed with respect to the shaft ( 1 ) pairs of GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) are provided, and
that two pairs of magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) which rotate with the shaft ( 1 ) are attached to the shaft ( 1 ) for controlling the GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ),
wherein the magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) of a pair and / or the GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) of a pair are rotated relative to one another with respect to the axis of rotation of the shaft ( 1 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19941683A DE19941683C2 (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaft |
Applications Claiming Priority (1)
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