DE2951148C2

DE2951148C2 - Meßeinrichtung für einen Drehwinkel und/oder ein Drehoment

Info

Publication number: DE2951148C2
Application number: DE2951148A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Dr. 7016 Gerlingen Dobler; Hansjörg 7251 Weissach Hachtel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1984-04-19
Also published as: IT8026715A0; JPS6345528B2; US4356732A; SE455733B; GB2065897A; FR2472174A1; FR2472174B1; JPH02132336A; ATA615680A; JPS5694232A; AT388051B; US4356732B1; GB2065897B; IT1134763B; DE2951148A1; SE8008938L

Description

a) zwei zur Welle (8) koaxial angeordnete Körper (2,3; 16,18; 21,25; 42,45; 51.52) aus elektrisch leitendem, nichtmagnetischen Werkstoff werden verwendet, von welchen einer drehfest mit der Welle verbunden und der andere diesem gegenüber verdrehbar ist;

b) eine zur Welle wenigstens annähernd, von hochfrequentem Wechselstrom darchflossene Koaxial-Spule (1, 15, 31, 35, 36, 58, 59) ist in unmittelbarer Nähe der beiden Körper angeordnet;

c) die Körper weisen Ausschnitte (4,5; 17,19; 23, 26; 46; 53, 55, 56) auf, deren gemeinsame Überdeckungsfläche mit zunehmendem, zwischen den beiden Körpern auftretenden Verdrehwinkel sich ändert, so daß durch Messung der Impedanzänderung der Spule, die durch in den Körpern induzierte Wirbelströme entstehen, die relative Verdrehung der beiden Körper erfaßbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Körper (2, 3, 16, 18; 51, 52) scheibenförmig ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (2, 3, 16, 18; 51, 52) mehrere, zwischen gleichen Teilkreisen (Radien rO, r 1) liegende, sektorförmige Ausschnitte (4,5; 17; 53, 55, 56) enthalten, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte der einen Scheibe wenigstens annähernd deckungsgleich zu den Ausschnitten der anderen Scheibe ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule als scheibenförmige Flachspule (1, 15; 58, 59) ausgebildet und einlagig hergestellt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spule derjenigen Scheibenstirnfläche mit geringem Abstand gegenübersteht, die von der zweiten Scheibe abgekehrt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder der beiden Scheiben (2,3) eine von zwei Spulen (1,15) von zwei Flachspulen (1,15) gehört, die an derjenigen äußeren Stirnfläche ihrer Scheibe angeordnet ist, welche von der zweiten Scheibe abgekehrt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Scheiben (2, 3) an ihrer Randzone mit einer gleichachsig, jedoch in axialem Abstand angeordneten Ringscheibe (16, 18) verbunden ist, deren Ausschnitt (17, 19) mit den Ausschnitten (4, 5) der Scheiben wenigstens annähernd übereinstimmen.

9. Hinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer (52) der Scheiben icwcils zwei in radialer Richtung sich erstreckende Teil-Ausschnitte (55, 56) vorgesehen sind, deren in radialer Richtung gemessene jeweilige Länge (11 bzw. 12) vorzugsweise nur etwa die Hälfte der radialen Länge eines Ausschnittes (53) der anderen Scheibe beträgt, und daß zwei zueinander gleichachsige, koaxiale, insbesondere in der gleichen gemeinsamen, zur Welle (8) senkrechten Ebene liegende Teil-Spulen (58, 59) vorgesehen sind, von denen die eine (58) sich nur über die radiale Länge

(12) des oder der äußeren Teil-Ausschnitte (56), die andere (59) nur über die radiale Länge (11) der inneren Teil-Ausschnitte (55) erstreckt

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Teil-Ausschnitte (56) in Umfangsrichtung wenigstens um ihre in Umfangsrichtung gemessene Breite (d2) gegeneinander versetzt sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung gemessene Breite (d 2) der äußeren Teil-Ausschnitte (56) und der inneren Teil-Ausschnitte (55) etwa die Hälfte der in Umfangsrichtung gemessenen Breite der Ausschnitte (53) der anderen Scheibe (51) erstrecken.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ciie für die beiden Scheiben (51, 52) vorgesehene, gemeinsame Spule aus zwei Teil-Spulen (58, 59) zusammengesetzt ist, die in einer gemeinsamen senkrecht zur Welle stehenden Ebene angeordnet sind und daß jede der Teil-Spulen sich in radialer Richtung über die Länge (11 bzw. 12) der Teil-Ausschnitte (55,56) erstreckt.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Körper (21, 25; 32, 42) zylindrisch ausgebildet sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Körper (21, 32, 42) walzenförmig ausgebildet ist und mehrere, nach Art einer Keilwelle über seinen Umfang verteilte Zähne (22, 33, 43) und Nuten (23) aufweist und daß der andere Körper (25,45) hülsenförmig ausgebildet ist, den walzenförmigen Körper umschließt und mehrere, sich in axialer Richtung erstreckende Ausschnitte (26,46) enthält und daß die Spule (31,35, 36) zylindrisch ausgebildet und gleichachsig zu den beiden Körpern angeordnet ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in zwei Teil-Spulen (35, 36) unterteilt ist, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind, daß die Ausschnitte (26) in den hülsenförmigen Körper (25) und/oder die Zähne (33, 34) des walzenförmigen Körpers (32) sich jeweils nur über etwa die halbe axiale Länge bis zur Mittelzone dieses Körpers erstrecken und gegeneinander in Umfangsrichtung um wenigstens die Hälfte ihrer in Umfangsrichtung gemessenen Breite versetzt sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 9 bis 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teil-Spulen (35, 36; 58, 59) in einer Wheatstone'schen Brücke angeordnet und an einem ihrer Wicklungsenden mit

^b0 einem Diagonalpunkt der Brücke verbunden sind.

Die Hrfindung betrifft eine Meßeinrichtung /ur berührungsfreien statischen oder dynamischen Hrfassung eines Drehwinkels und/oder Drehmoments an einer stehenden oder rotierenden Welle.

Zur Erfassung des Drehmoments kann in bekannter Weise die Verdrehung einer tordierten Welle gemessen werden, die im Kraftfluß des zu messenden Drehmomentes liegt. Der Verdrehwinkel, der sich über eine festgelegte Länge der Welle ergibt, >it ein direktes Maß für das Drehmoment und zu diesem proportional.

Es sind bereits Meßverfahren bekannt, die auf optischer, kapazitiver oder induktiver Basis arbeiten, jedoch empfindlich gegen Schmutz, Öl, Wärme und dgl. sind. Dei Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die beispielsweise ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit unter öl betrieben werden kann, einen kleinen konstruktiven Aufwand erfordert, einen geringen Raumbedarf hat und berührungsfrei und schleifringlos Drehwinkel bzw. Drehmomente von rotierenden und stehenden Wellen erfaßt, was für Anwendungen im Zusammenhang mit automatisch gesteuerten Kraftfahrzeuggetrieben von besonderer Wichtigkeit ist

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung besteht darin, daß die von hochfrequentem Wechselstrom durchflossene Koasial-Spule ortsfest angeordnet werden kann und deswegen keine besonderen Maßnahmen zu ihrer Verbindung mit einer Wechselstromquelle und einer jeweiligen Änderung ihrer Induktivität erfassenden Einrichtungen erfordert. Aus der DE-OS 20 53 275 ist ein induktiver Geber bekannt, der beim Vorbeiführen von Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften Spannungsimpulse abgibt, die jeweils synchron zur Drehzahl einer Welle erzeugt werden. Dort kann die Spule zwar ebenfalls ortsfest angeordnet werden, bietet jedoch keine Möglichkeit zur Messung des zu einem Drehmoment analogpn Verdrehwinkels an einer tordierten Welle.

Bei einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung können die relativ zueinander drehbaren Körper zweckmä-Big als Scheiben ausgebildet und mit mindestens einem Ausschnitt, vorzugsweise mit mehreren in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Ausschnitten versehen sein, die vorteilhaft sektorförmig ausgebildet sein können, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn der bzw. die Ausschnitte der einen Scheibe wenigstens annähernd deckungsgleich mit den Ausschnitten der anderen Scheibe ausgebildet sind. Das von der Spule ausgehende, vorzugsweise im Gebiet hoher Frequenzen liegende Wechselmagnetfeld kann in den beiden Scheiben umso stärkere Wirbelströme erzeugen, je weniger die der Spule benachbarte Scheibe die unmittelbar benachbarte zweite Scheibe iii Teilbereichen oder in ihrer Gesamtheit abzuschirmen vermag.

Anstelle von zwei benachbarten, mit deckungsgleichen Ausschnitten versehenen Scheiben können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die den induktiven Widerstand der Spule erniedrigenden Wirbelströme auch in einem konzentrisch zur Welle liegenden Rohr erzeugt werden, was parallel zu seiner Achsrichtung sich erstreckende Ausschnitte hat, die sich bei einem vorgegebenen Drehwinkel mit der Verzahnung eines keilwellenförmigen zweiten, ebenfalls aus gut leitendem Werkstoff hergestellten Körpers decken.

Die Erfindung ist nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt

F ie. 1 eine der beiden Scheiben einer aus zwei gleichförmigen Scheiben aufgebauten Meßeinrichtung, die in

F i g. 2 in der Ansicht von der Seite dargestellt ist;

Fig.3 eine Meßeinrichtung mit zwei Scheiben nach F i g. 1 und 2 im Längsschnitt;

F i g. 4 eine abgewandelte Ausführungsform mit zwei schneckenförmigen Flachspulen; und

F ■ g. 5 ein anderes Ausführungsbei&piel, ebenfalls im Axialschnitt, mit zwei jeweils durch eine von zwei Ringscheiben verstärkten Induktionsscheiben;

F i g. 6 bis 11 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit zylindrisch ausgebildeten Induktions-Körpern, und

Fig. 12 und 13 eine komplette Ausführungsform einer Meßeinrichtung mit zylindrischen Induktions-Körpern;

Fig. 14 als weiteres Ausführungsbeispiel eine Differentialspulen-Meßeinrichtung im Längsschnitt;

F i g. 15 im Querschnitt, und

Fig. 16 ausschnittsweise in der Ansicht;

Fig. 17 eine Meßbrücke zur Auswertung der Impedanz-Änderungen der Meßeinrichtung nach Fig. 14bisl6;

Fig. 18 eine andere Ausführungsform einer zylindrischen Differentialspulen-Meßeinrichtung ausschnittE-weise in der Abwicklung; und

Fig. 19 in einem Querschnitt;

F i g. 20 eine der beiden Scheiben einer Differentialspulen-Meßeinrichtung in axialer Ansicht; und

F i g. 21 die andere Scheibe dieser Meßeinrichtung.

Wie der in den Γ i g. 1 und 2 wiedergegebene, prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zeigt, sind zwei zueinander deckungsgleich ausgebildete Induktionsscheiben 2 und 3 vorgesehen, von denen jede beispielsweise acht sektorförmige Ausschnitte 4 enthält, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Ausschnitte 4 der Induktionsscheibe 2, die ebenso wie die zweite Induktionsscheibe 3 aus elektrisch gut leitendem Material besteht, sind deckungsgleich mit den Ausschnitten 5 der zweiten Induktionsscheibe 3 ausgebildet. Die Induktionsscheiben können auch aus nichtleitendem Material bestehen, auf das segmentartig Flächen elektrisch leitenden Materia s aufgebracht sind (zum Beispiel Leiterplatten, aufgedampfte oder aufgeklebte Schichten). Der freien Stirnseite der ersten Induktionsscheibe 2 steht eine einlagig gewickelte Spule 1 gegenüber, die im Räume feststehen kann und von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen wird. Dieser Wechselstrom erzeugt ein Magnetfeld, welches in den beiden Induktions-Scheiben 2 und 3 umsomehr Wirbelströme erzeugt, je größer die von dem Magnetfeld durchsetzte Fläche der beiden Induktions-Scheiben 2 und 3 ist. Wenn die beiden Scheiben 2 und 3 inderin Fig. i wiedergegebenen, zueinander deckungsgleichen Stellung stehen, wird die zweite Induktionsscheibe 3 beinahe vollständig von der ersten Induktions-Scheibe 2 abgeschirmt. Demzufolge können in dieser Stellung in der zweiten Induktionsscheibe 3 nur geringe Wirbelströme erzeugt werden, was zur Folge hat, daß die Induktivität der Spule 1 verhältnismäßig groß ist, wohingegen starke Wirbelströme in der zweiten Induktionsspule 3 erzeugt werden können, wenn die Speichenfelder 6 bei einer relativen Verdrehung um 22.5'' hinter den Ausschnitten 4 der ersten Induktions· Scheibe 2 erscheinen und dann vom Magnetfeld durchsetzt werden. Bei diesem maximalen Vcrdrehungswinkel erreicht somit die Induktivität der Spule 1

ihren niedrigsten Wert.

Von dem anhand der Fig. 1 und 2 erkennbaren Prinzip ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 Gebrauch gemacht.

In Fig.3 ist mit 7 ein Teilschnitt einer Welle 8 bezeichnet, in welchem ein Eingangsdrehmoment Me eingeleitet und am Endabschnitt 9 der Welle wieder als Ausgangsdrehmoment Ma ausgeleitet wird. Zwischen dem Abschnitt 7 und dem Endabschnitt 9 ist die Welle 8 auf eine vorgegebene Länge im Durchmesser verringen, derart, daß ein als Torsionsfederstab wirkender Abschnitt 10 gebildet ist. Dieser verdreht sich in sich selber um so stärker, je größer das übertragene Drehmoment ist.

Um den bei der Torsion entstehenden Verdrehwinkel des Torsionsabschnittes 10 erfassen zu können, ist in unmittelbarer Nähe des Torsionsabschnittes 10 auf den Anfangsabschnitt 7 der Welle die erste Induktions-Scheibe 2 aufgezogen und mit einer Lot-, Klebe- oder Schweißstelle 11 mit der Welle 8 verbunden. Die zweite Induktions-Scheibe 3 ist mit geringem axialen Abstand hinter der ersten Induktionsscheibe 2 angeordnet und sitzt auf der Stirnseite eines Rohres 12, das mit dem Endabschnitt 9 der Welle 8 drehfest verbunden ist. Die Anordnung der beiden Scheiben 2 und 3 ist dabei derart ²^ getroffen, daß beim Drehmoment Md — 0 oder einem vorgegebenen Anfangsdrehmornent Mdo die sektorförmigen Ausschnitte 4 und 5 der beiden Scheiben 2 und 3 in axialer Richtung gesehen auf Deckung stehen und daher die zwischen den Ausschnitten 5 verbliebenen 3" Stege 6 der zweiten Induktions-Scheibe 3 von den Stegen der ersten Induktions-Scheibe 2 abgeschirmt werden. Mit steigendem Drehmoment und daher steigendem Verdrehwinkel des Endabschnittes 9 gegenüber dem Anfangsabschnitt 7 der Welle 8 treten die Stege 6 der zweiten Induktions-Scheibe 3 zunehmend stärker in den Bereich der Ausschnitte 4 der vorderen Induktions-Scheibe 2 ein und werden dann vom Magnetfeld der Spule 1 durchsetzt. Dort entstehen zusätzliche Wirbelströme, durch welche die Induktivität der Spule 1 zusätzlich erniedrigt wird. Diese Induktivitätsverringerung kann mit bekannten Mitteln ausgewertet werden. Werden die sektorförmigen Ausschnitte 4 und 5 der beiden Scheiben 2 und 3 in axialer Richtung gesehen beim Drehmoment Md = 0 auf halbe Überdekkung gestellt, dann können positive und negative Drehmomente erfaßt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 unterscheidet sich von demjenigen nach F i g. 3 dadurch, daß auf der von der ersten Scheibe 2 abgekehrten Oberflächenseite ^Μ der zweiten !ndukiiop.s-Scheibe 3 in geringem Abstand eine zweite Spule 15 angeordnet. Diese ist zur ersten Spule 1 elektrisch derart in Reihe geschaltet, daß die von den beiden Spulen erzeugten Magnetfelder sich gegenseitig unterstützen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei gegenseitiger Verdrehung der beiden Scheiben 2 und 3 sich wesentlich größere Änderungen der Impedanz der beiden Spulen 1 und 15 ergeben, was zu einer erhöhten Genauigkeit der Messung führt. Außerdem werden axiale Bewegungen der Scheiben ^Μ nahezu vollständig kompensiert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 nur eine einzige Induktionsspule 1 vorgesehen. Diese liegt zwischen der ersten Induktions-Scheibe 2 und einer Ringscheibe 16, die an ihrer Randzone mit der ersten Induktions-Scheibe 2 verbunden ist und ebenso wie diese sektorförmige Ausschnitte 17 enthält, welche sich mit den Ausschnitten 4 der ersten Induktions-Scheibe 2 decken. In gleicher Weise ist die zweite Induktions-Scheibe 3 mit einer Ringscheibe 18 verbunden, welche wie in F i g. 1 dargestellt, acht sektorförmige Ausschnitte 19 enthält. Die gemeinsame Spule 1 ist orts- und raumfest ruf einem zur Welle 8 gleichachsigen, rohrförmigen Träger 20 angeordnet. Ihre Impedanz verringert sich umsomehr, je größer die mit zunehmendem Drehwinkel sich vergrößernde, vom Magnetfeld durchsetzte Fläche der beiden Induktionsscheiben und der Ringscheiben wird.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 bringt gegenüber dem einfacheren Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 den Vorteil einer erhöhten Empfindlichkeit. Außerdem ist der Einfluß von Störfeldern wesentlich geringer und axiale Bewegungen der Welle werden kompensiert.

Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 bis 5, welche scheibenförmige Induktionskörper aufweisen, ist bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eine konzentrische Anordnung von als Zylindern ausgebildeten Induktionskörpern vorgesehen.

F i g. 6 zeigt einen aus elektrisch gut leitendem Werkstoff hergestellten, walzenförmigen Induktionskörper 21, welcher in Fig.7 in axialer Draufsicht dargestellt ist und an seinem Umfang nach Art einer Keilwelle mit achsparallelen Zähnen 22 versehen ist. Zwischen diesen Zähnen 22 liegt jeweils eine Nut 23, deren Grund so tief ausgefräst ist, daß diese Nuten wie die Ausschnitte 4 bzw. 5 eines scheibenförmigen Induktionskörpers nach den F i g. 1 bis 3 wirken können.

Der Induktionskörper 21 enthält eine zentrale Längsbohrung 24, in welche die einem Drehmoment ausgesetzte Welle der in F i g. 3 bei 8 angedeuteten Art eingesetzt werden kann. Mit dem Abtriebsende 9 einer solchen Welle 8 kann ein zweiter, rohrförmiger Induktionskörper 25 verbunden werden, welcher acht über den Umfang verteilt angeordnete Ausschnitte 26 mit dazwischen liegenden Stegen 27 enthält. An einer der beiden Stirnseiten der Induktionshülse 25 sitzt eine in Fig.8 mit unterbrochenen Linien angedeutete Tragscheibe 28, deren nabenförmiger Ansatz 29 in der aus Fig. 12 erkennbaren Weise die Befestigung der Hülse 25 auf der Welle 8 erlaubt. Ober die in dieser Weise mit dem walzenförmigen Induktionskörper 21 zusammengebaute Induktionshülse 25 ist mit geringem radialen Abstand und ebenfalls gleichachsig zur Welle 8 ein Tragrohr 30 aus Kunststoff geschoben, das in F i g. 11 und 13 in axialer Ansicht dargestellt ist und eine vorzugsweise einlagig gewickelte, sich mindestens über die Länge der Ausschnitte 26 erstreckende Erregerspule 31 trägt. Diese kann in der aus Fig. 12 ersichtlichen Weise orts- und raumfest an einem im einzelnen nichi näher dargestellten Gehäuse befestigt sein.

Wenn die Welle 8 einem Drehmoment ausgesetzt ist, verdreht sie sich über den zwischen X und Y liegenden Bereich in sich selbst umsomehr, je höher das Drehmoment ist. Mit steigendem Drehmoment wandern die Zähne 22 des Induktionskörpers 21 zunehmend stärker aus der Abdeckung der Stege 27 in die Ausschnitte 26 der Hülse 25 hinein und bewirken dabei, daß von dem Magnetfeld der Spule 31 zunehmend stärker werdende Wirbelströme erzeugt werden, weiche die Impedanz dieser Spule erniedrigen.

Die F i g. 14 bis 16 betreffen eine Meßeinrichtung, die als Halbdifferentialanordnung ausgebildet ist und einen hülsenförmigen Induktionskörper 25 aufweist, der in gleicher Weise wie in Fig. 10 ausgebildet ist und sich mit seinen fensterartigen Durchbrüchen 26 über die

gesamte axiale Länge des inneren, walzenförmigen Induktionskörpers 32 erstreckt. Im Gegensatz zu dem in F i g. 6 dargestellten Induktionskörper trägt der Induktionskörper 32 an seinem Umfang jeweils nur sich über die halbe axiale Länge ■·) erstreckende Zähne 33. von denen in F i g. 16 einer im Bereich eines der Ausschnitte 26 in der Hülse 25 stehend dargestellt ist. Auf der anderen, in Fig. 16 bei b angedeuteten Meßbereichshälfte sind zwar ebenfalls Zähne 34 vorgesehen, die jedoch gegenüber den Zähnen 33 um eine halbe Zahnteilung versetzt sind.

Über die Hülse 25 ist wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 und 13 ein Tragrohr 30 mit geringem radialem Luftspalt geschoben, das jedoch von dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiei sich dadurch unterscheidet, daß über die axiale Länge des Tragrohres 30 zwei Teilwicklungen 35 und 36 mit untereinander übereinstimmenden elektromagnetischen Eigenschaften aufgebracht sind, die beide zueinander elektrisch in Reihe geschaltet sind. Wenn die Zähne 33 und 34 in der in Fig. 16 dargestellten Nullstellung stehen, ist die Impedanz der Wicklung 35 gleichgroß wie die Impedanz der Wicklung 36. Sobald sich jedoch infolge eines auftretenden Drehmomentes die Hülse 25 gegenüber dem Induktionskörper 32 dreht und beispielsweise die Zähne 34 den Ausschnitt 26 zu verlassen beginnen, während die Zähne 33 stärker in den Ausschnitt 26 eintreten, wird die Impedanz der rechten Wicklung 36 größer, wohingegen sich die Impedanz 35 wegen der zunehmend größeren Wirbelströme in den Zähnen 33 verkleinert.

Diese Impedanz-Änderung läßt sich auf einfache Weise in einer Anordnung nach Fig. 17 messen, wobei in der dargestellten Wheatstoneschen Brücke die beiden Wicklungen 35 und 36 jeweils zusammen mit einem von zwei Wechselstromwiderständen R1 und R 2 mit hochfrequentem Wechselstrom aus einer Stromquelle

37 betrieben werden. Für den Fall, daß die dargestellte Brücke in der in Fig. 16 wiedergegebenen Stellung der Zähne 33 und 34 abgeglichen ist, kann anhand eines in die Brückendiagonale eingeschalteten Meßinstrumentes

38 die dem Verdrehwinkel und somit dem Drehmoment entsprechende Verstimmung der Brücke gemessen werden.

Bei dem in den Fig. 18 und 19 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich praktisch um die technische Umkehrung der Anordnung nach den Fig. 14 bis 16. Wie Fig. 19 zeigt, ist der dort mit 42 bezeichnete, walzenförmige Induktionskörper 42 an seinem Umfang keilwellenartig mit zur Drehachse parallelen Zähnen 43 versehen, die von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite unverändert durchgehen und daher leicht hergestellt werden können. Das in Fig. 19 in stirnseitiger Ansicht dargestellte Tragrohr 44 für zwei untereinander elektromagnetisch übereinstimmende Teilwicklungen 35 und 36 der in Fig. 14 angedeuteten Art entspricht dieser vollständig. Zwischen dem Tragrohr 40 und dem walzenförmigen Induktionskörper 42 ist eine Hülse 45 angedeutet, deren Abwicklung ausschnittsweise in Fig. 18 wiedergegeben ist Diese Hülse enthält Ausschnitte 46, weiche abwechselnd von einer der beiden Stirnseiten der Hülse her eingefräst sind, jedoch im Gegensatz zu Fig. 16 nur bis zur Mittelzone reichen und demgemäß den Meßbereich in zwei Teilbereiche ;/ und b wie in Fig. 16 angedeutet unterteilen.

Die Wirkungsweise und die Möglichkeit zur Auswertung stimmt völlig mit derjenigen nach Fi g. 16 bzw. 17 überein.

Die in den F i g. 14 bis 19 dargestellte Möglichkeit der Unterteilung in zwei gleichwertige Meßbereiche u und b kann auch für scheibenförmige Induktionskörper Anwendung finden, wie die F i g. 20 und 21 zeigen. Von den dort mit 5t und 52 bezeichneten Induktions-Scheiben aus elektrisch gut leitendem Werkstoff enthält die Scheibe 51 vier beispielsweise radiale, schmalrechteckförmige Ausschnitte 53, deren äußerste, schmale Begrenzungsflächen 54 auf einem gemeinsamen Teilkreis mit dem Radius r\ Hegen. Die hinter dieser Scheibe in geringem axialem Abstand gemäß Fig. 3 anbringbare zweite Induktions-Scheibe 52 enthält zweimal vier Ausschnitte, nämlich vier innere Ausschnitte 55 und vier außenliegende Ausschnitte 56. Jeder dieser Ausschnitte hat die gleiche, in Umfangsrichtung gemessene Breite c/2, welche der Hälfte der Breite d\ der Ausschnitte 53 in der ersten Scheibe 51 entspricht. Um das in den Fi g. 14 bis 16 verwirklichte und auch in den Fig. 18 und 19 vorgesehene Differentialprinzip verwirklichen zu können, beträgt vorzugsweise die jeweilige radiale Länge von A bzw. I₂ der Ausschnitte 55, 56 nur die Hälfte derjenigen der Ausschnitte 53 der Scheibe 51. Außerdem sind die jeweils inneren Ausschnitte 55 gegenüber den äußeren Ausschnitten 56 der Scheibe 52 um die Breite d2 gegeneinander versetzt.

Für beide Scheiben 51, 52 ist eine gemeinsame, vorzugsweise einiagig ausgeführte Erregerspule vorgesehen, die in Anlehnung an F i g. 3 der von der zweiten Induktions-Scheibe 52 abgekehrten Vorderseite der ersten Induktions-Scheibe 51 gegenübersteht, jedoch im Gegensatz zur Erregerspule 1 der F i g. 2 und 3 aus zwei Flachspulen 58 und 59 besteht, die sich in radialer Richtung jeweils über die Hälfte der Länge der Schlitze

■to 53 erstrecken und zur Verdeutlichung in Fig.20 mit einer schrägen Schraffur hervorgehoben sind. Die außenliegende Erregerspule 58 wird nur von den außenliegenden Ausschnitten 56 der zweiten Induktions-Scheibe 52 beeinflußt, die innenliegende Erregerspule 59 nur von den innenliegenden Ausschnitten 55 der zweiten Induktions-Scheibe, wobei allerdings darauf hingewiesen werden muß, daß es zur Erzielung wesentlich größerer Impedanzänderungen dieser Spulen vorteilhaft sein kann, wenn eine andere als die in der Zeichnung mit vier Ausschnitten 53 bzw. 55, 56 angegebene Unterteilung gewähii wird, beispielsweise doppelt so viele Ausschnitte enthält.

Die Auswertung der in den Fig. 20 und 21 dargestellten Meßeinrichtung kann mit der in Fig. 17 angedeuteten Brückenschaltung erfolgen. Eine solche Unterteilung der Erregerspule in zwei Teilspulen und deren Anordnung in je einem von zwei, an einer gemeinsamen Diagonalen zusammenlaufenden Brükkenzweigen bringt den großen Vorteil mit sich, daß Temperaturschwankungen und demzufolge Leitfähigkeitsänderungen in den Spulen das Meßergebnis nicht verfälschen können, was bei Betrieb in Kraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zur berührungsfreien statischen oder dynamischen Erfassung eines Drehwinkels und/oder Drehmomentes an einer stehenden oder rotierenden Welle, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: