DE2827967A1

DE2827967A1 - Momentengeber

Info

Publication number: DE2827967A1
Application number: DE19782827967
Authority: DE
Inventors: Orvar Dipl Ing Dahle
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1978-06-26
Publication date: 1979-05-23
Also published as: IT1160431B; FR2409501A1; JPS5474909A; GB2008765A; IT7868717A0; FR2409501B1; GB2008765B; SE7806795L; US4135391A

Description

Die Erfindung betrifft einen Momentengeber gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der Autoindustrie besteht ein Bedürfnis nach einem Momentengeber, der zwischen dem Motorgehäuse und dem Schwungrad angeordnet werden kann und der die Kurbelwelle mehr oder weniger umschließt. Da in Längsrichtung der Kurbelwelle nur wenig Raum zur Verfügung steht, kann ein ringförmiger Momentengeber, wie er beispielsweise aus der schwedischen Patentschrift 167 387 bekannt ist, wegen Platzmangels nicht verwendet werden. Außerdem sind der Leistungsbedarf und die Kosten eines solchen vielpoligen Gebers zu hoch. Ein kreuzförmiger Geber gemäß der deutschen Patentschrift 1 201 581 würde im Hinblick auf den Leistungsbedarf und die Kosten günstiger sein, jedoch umschließt ein solcher Geber mit einer normalen konzentrierten Bauart nur einen Teil des Wellenumfanges, so daß die Welle nahezu eine ganze Umdrehung '^{aus u} muß, bevor das in der Wellenoberfläche herr-

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sehende innere Spannungsbild über den ganzen Umfang abgetastet ist und ein von den inneren Spannungen unabhängiger Meßwert gebildet werden kann. Da die Autoindustrie eine Meßzeit von höchstens 50 ms wünscht, würde man, wenn die erforderliche Filterzeitkonstante durch die Anwendung einer hohen Speisefrequenz vernachlässigbar gemacht werden kann, eine niedrigste Motordrehzahl zum richtigen Messen von 60 * 1000/50 = 1200 Umdrehungen pro Minute erhalten, was nicht akzeptabel ist. Das Moment muß bei einer bedeutend niedrigeren Motordrehzahl bestimmt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Momentengeber der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem bei gleicher Drehzahl innerhalb.kürzerer Zeit eine den ganzen Umfang der Welle erfassende Messung durchführbar ist und der in axialer Richtung der Welle wenig Platz benötigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Momentengeber nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die im Verhältnis zur Kurbelwelle diametral gegenüberliegenden Abtastpunkte wird die Zeit zur magnetischen Spannungsmessung über den ganzen Umfang der Welle im Verhältnis zu den bekannten Momenten-

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gebern, bei denen der primäre Polabstand nur einen kleinen Teil des Umfanges der Kurbelwelle umfaßt, halbiert. Dadurch wird die niedrigste Drehzahl zum richtigen Messen auf 600 Umdrehungen pro Minute herabgesetzt, was unter dem tatsächlichen Drehzahlbereich liegt und daher akzeptabel ist. Mit dem Momentengeber nach der Erfindung erhält man zwei vollständige Messungen pro Umdrehung, da der Primärkreis so ausgebildet ist, daß er zur Hälfte die Welle umschließt und zwei ausgeprägte, mit Wicklungen versehene Pole hat, die einander diametral gegenüberliegen. Dagegen ist nur ein Sekundärkern erforderlich, der vorzugsweise auf dem Primärkern symmetrisch zwischen den Primärpolen angeordnet ist, und zwar unter Zwischenfügung magnetisch isolierender Zwischenlagen, um die Magnetflüsse der beiden Kerne zu trennen. Der Sekundärkern kann aus massivem magnetischem Material bestehen, da der Sekundärfluß so klein ist, daß die durch die Eindringtiefe des Flusses bestimmte Oberflächenschicht zur Führung des Flusses ausreicht. Aus Platzgründen in axialer Richtung des Gebers darf der Abstand zwischen den Sekundärpolen nur cirka 1/6 des optimalen Abstandes betragen, der normalerweise gleich dem Abstand zwischen den Primärpolen längs der Wellenoberfläche ist. Die hierdurch bediigte Verringerung der Empfindlichkeit des Gebers beträgt jedoch nur etwa ein Drittel, was ein völlig zufriedenstellendes Meßsignalniveau ergibt. Daß man pro Umdrehung zwei komplette Messungen des Spannungszustandes über den Umfang der Welle mit nur einem Sekundärkern erhalten kann, mag zunächst widersprüchlich erscheinen, jedoch anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung verständ-

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lieh werden.

Anhand des in den Figuren gezeigten AusführungsbeiSpieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Gebers nach der Erfindung mit abgenommener Schutzkappe,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 1,

Fig. 3 das magnetische Feldbild an der Wellenoberfläche im mechanisch unbelasteten Zustand,

Fig. 4 das magnetische Feldbild an der Wellenoberfläche bei Belastung der Welle mit einem Moment.

Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Geber ist auf einer Grundplatte 1 montiert. Auf der Platte ist der Primärkern 2 des Gebers durch Schrauben 3 befestigt. Der Kern hat zwei Primärpole 4, von denen Jeder eine Wicklung 5 trägt zur Erzeugung eines Magnetflusses im Oberflächenbereich der Kurbelwelle. Die Lage der Kurbelwelle mit montiertem Geber ist in Fig. 1 durch den Kreis 6 markiert. Der Primärkern trägt den Sekundärkern 7_t der mit Zwischenlagen 8 aus unmagnetischem Material und Nieten 9 in der Mitte zwischen den Primärpolen am Primärkern befestigt ist. Der Sekundärkern trägt die beiden Sekundärwicklungen 10. Die beiden Kerne mit ihren Wicklungen

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sind mit einer Schutzkappe 11 abgedeckt, die an der Grundplatte befestigt ist. Sowohl die Schutzkappe 11 wie die Grundplatte 1 haben eine nach unten offene Nut 12, die oben mit einem kreisbogenförmigen Rand 13 abschließt,dessen Radius etwas größer ist als der Radius der Kurbelwelle. Diese Nut ermöglicht eine Montage des Gebers um die Kurbelwelle herum. Die Ausdrehung 14 in der Grundplatte 1 paßt über einen entsprechenden Flansch oder eine Nabe am Motorgehäuse, der/die um das freie Ende der Kurbelwelle herum angeordnet ist. Dadurch wird eine gut zentrierte Montage der Polflächen des Gebers im Verhältnis zur Kurbelwelle ermöglicht. Dies setzt jedoch voraus, daß. die Peripherie des Flansches zur Welle konzentrisch ist. Aus Fig. 2 geht auch hervor, daß der Abstand zwischen den Polen des Sekundärkerns so gewählt ist, daß der Abstand zwischen den Außenseiten der beiden Sekundärwicklungen im wesentlichen gleich der Breite der Wicklung des Primärkerns in Längsrichtung der Kurbelwelle ist.

Fig. 3 zeigt das magnetische Feldbild bei mechanisch spannungsfreiem Zustand an der abgewickelten Wellenoberfläche mit den Projektionen P₁ und Pp der Primärpole 4 und den Projektionen S^ und S₂ der Pole des Sekundärkerns 7. Fig. 4 zeigt das magnetische Feldbild für eine momentbelastete Welle, was durch die. Haupt spannungen ± ο dargestellt ist. Hierbei ist zu beachten, daß die Feldbilder das H-FeId (magnetische Feldstärke) und die zu den Feldstärkelinien winkelrechten magnetischen Äquipotentiallinien zeigen. Die Sekundärpole und ihre Projektionen haben einen bedeutend kleineren Abstand vonein-

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ander als die Primärpole und deren Projektionen. Dies liegt daran, daß der Sekundärkern beim Erfindungsgegenstand in Richtung der Welle kurz sein muß, weil der in axialer Richtung für den Geber zur Verfügung-stehende Raum begrenzt ist. Dies hat zur Folge, daß der Geber eine geringere Empfindlichkeit bekommt als bei der normalen bekannten Ausführungsform, bei der der Polabstand für den Primär- und Sekundärkreis gleich groß ist. In dem spannungsfreien Zustand gemäß Fig. 3 ist das Feldbild völlig symmetrisch, und die beiden Sekundärpolprojektionen S^ und S₂ befinden sich in der Mitte derselben Äquipotentiallinie, so daß der Sekundärfluß und die Sekundärspannung Null werden.

Bei übertragenem Drehmoment wird das magnetische Feldbild verzerrt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Verzerrung wird nahezu ausschließlich durch die Veränderungen im Potentialabfall in der Nähe der vier Punkte a, b, c, d verursacht, wo der überwiegende Teil des Potentialabfalles auf der Wellenoberfläche konzentriert ist und wo die Feldstärke gleichzeitig im wesentlichen parallel mit einer der Haupt spannungen + £ verläuft. -Die Schrägstellung in der Mitte des Feldes, wo der magnetische Potentialunterschied zwischen den Sekundärpolen gemessen wird, ist also ein Begleitphänomen, das seine Ursache in den Schubspannungen in der Nähe der Primärpole hat. Daher kann man mit den zwei diametral angeordneten Primärpolen den gesamten Wellenumkreis mit einer halben Umdrehung absuchen und den Mittelwert der inneren Spannungen in der Welle in entsprechender Zeit bilden.

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In den Figuren 3 und 4 sind die Lagen für die Projektionen der Sekundärpole im Feldbild für einen bekannten Geber, bei dem der Primär- und der Sekundärkern denselben Polabstand haben, mit gestrichelten Kreisen S angedeutet. Aus Fig. 3 erkennt man, daß die Projektionen der Sekundärpie im unbelasteten Fall auf der Äquipotentiallinie ψ = 0 liegen» In belastetem Zustand gemäß Fig. 4 ist diese Linie verdreht, so daß die Punkte S in einem bestimmten Abstand von dieser Linie liegen. Dieser Abstand ist für das Sekundärsignal bestimmend. Fig. 4 zeigt, daß die Sekundärpole, selbst wenn sie bedeutend näher zueinander liegen, doch einen Abstand von der Linie Uj = 0 beibehalten, der zur Erzeugung einer für das Messen des aufgebrachten Momentes erforderlichen Sekundärspannung ausreichen dürfte.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

' 1.1 Momentengeber, vorzugsweise zum Messen des Drehmomentes am freien Ende der Kurbelwelle von Kraftfahrzeugmotoren, mit zwei senkrecht zueinander angeordneten zweipoligen Magnetkernen mit Wicklungen, wobei die Wicklungen des einen Kerns, des Primärkerns, mit Wechselstrom zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes in der Oberflächenschicht der Kurbelwelle gespeist werden und die Wicklungen des anderen Kerns, des Sekundärkerns, die infolge des aufgebrachten Moments verursachten Verzerrungen in dem magnetischen Wechselfeld erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (4) des Primärkernes (2) vor diametral gegenüberliegenden Punkten auf der Kurbelwelle angeordnet sind.
2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Pole des Sekundärkernes (7) so gewählt ist, daß der Abstand zwischen den Außenseiten der Sekundärwicklungen (10) im wesentlichen gleich der Breite der Wicklungen"^) des Primärkernes (2) in Längsrichtung der Kurbelwelle ist.
3. Geber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkern (7) aus massivem magnetischem Material besteht und über Zwischenlagen (8) aus ünmagnetischem Material am Primärkern (2' befestigt ist.

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4. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkern (7) symmetrisch zwischen den Primärpölen befestigt ist.
5. Geber' nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkern (2) auf einer Grundplatte (1) montiert ist, die mit einer Ausdrehung (14) versehen ist, die über einen entsprechenden Flansch am Motorgehäuse zur Zentrierung des Polsystems des Gebers im Verhältnis zur Kurbelwelle des Motors paßt.

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