DE3517849C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentsensor, insbesondere einen solchen Drehmomentsensor, der das auf eine Welle aus­ geübte Drehmoment anhand der infolge des Drehmoments auf­ tretenden Magnetostriktion abtastet.

Ferromagnetische Materialien weisen eine Magnetostriktion auf. Dies bedeutet, daß sich die magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Materials ändern, wenn das Material einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt wird.

Es ist bekannt, das Phänomen der Magnetostriktion auszu­ nutzen, um das auf eine Welle ausgeübte Drehmoment abzu­ tasten.

Ein nach diesem Prinzip arbeitender Magnetostriktions- Drehmomentsensor wird in der japanischen Patentveröffent­ lichung 51-60 580 beschrieben, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegt. Bei diesem Drehmomentsensor ist eine Welle, die eine mechanische Antriebsquelle mit einer Last verbindet, mit einem Film aus magnetischem Material beschichtet. Durch das auf die Welle ausgeübte Drehmoment wird die Welle verformt, so daß sich die magne­ tischen Eigenschaften des magnetischen Films ändern. Die Änderung der magnetischen Eigenschaften wird mit Hilfe eines Sensors gemessen, der zwei Erregerspulen und zwei Sensorspulen aufweist, die in der Nähe des magnetischen Films angeordnet sind und über den magnetischen Film elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Wenn ein Wechselstrom durch die Erregerspulen fließt, so wird in den Sensorspulen ein elektrisches Signal induziert, das von den magnetischen Eigenschaften des Films abhängt und somit das auf die Welle ausgeübte Drehmoment repräsentiert.

Dieser Drehmomentsensor weist eine Einrichtung zum Null­ abgleich auf, durch die erreicht wird, das das Ausgangs­ signal den Wert 0 annimmt, wenn kein Drehmoment auf die Welle ausgeübt wird. Diese Nullabgleichsvorrichtung ist sehr empfindlich, so daß ein genauer Nullabgleich schwierig ist.

Aus der DE-AS 20 60 033 und der DE-OS 24 35 709 sind Drehmomentsensoren bekannt, bei denen die relative Ver­ drehung von zwei auf der Welle angeordneten Zahnrädern magnetisch abgetastet wird. In der DE-OS 29 51 337 wird eine Einrichtung zum Nullabgleich von Dehnungsmeßumformern beschrieben, die folienartige Widerstandselemente aufweist. Der Nullabgleich erfolgt dadurch, daß das Material der Widerstandselemente bis zu einem gewissen Grad mechanisch abgetragen wird.

In der DE-OS 30 31 997 wird ein Magnetostriktions-Drehmo­ mentsensor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 6 ange­ gebenen Merkmalen beschrieben, mit dem unmittelbar die Permeabilitätsänderung in der Oberfläche des Prüflings abgetastet werden kann. Dieser Drehmomentsensor weist ein Magnetjoch mit einem die Erregerspule tragenden Innen­ kern und einem Außenkern mit vier kreuzförmig angeordneten Polstücken auf, die jeweils eine Sensorspule tragen. Für den Nullabgleich ist ein mit den Ausgangsklemmen der Sensorspulen verbundener elektrischer Abgleichkreis mit einem einstellbaren elektrischen Widerstandselement vor­ gesehen.

Ein derartiger elektrischer Abgleichkreis bedingt jedoch einen gewissen schaltungstechnischen Aufwand und hat zudem den Nachteil, daß der Nullabgleich beispielsweise infolge des Temperaturgangs der elektrischen Bauelemente nicht stabil ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetostrik­ tions-Drehmomentsensor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 oder im Oberbegriff des Anspruchs 6 angegebenen Gattung derart weiterzubilden, daß ein einfacher und genauer Null­ abgleich ermöglicht wird, ohne daß ein elektrischer Ab­ gleichkreis benötigt wird.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den Patent­ ansprüchen 1 und 6 angegeben.

Erfindungsgemäß ist zum Nullabgleich ein Ausgleichselement vorgesehen, das unmittelbar den magnetischen Fluß durch die Sensorspule beeinflußt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Drehmomentsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Welle und eines Hauptkörpers des Dreh­ momentsensors;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Hauptkörpers, bei der Teile im Inneren des Hauptkörpers durch ge­ strichelte Linien dargestellt sind;

Fig. 4 bis 6 sind Graphiken zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem an der Wel­ le anliegenden Drehmoment und der Ausgangsspannung des Drehmomentsensors und zwischen dem Drehmoment und der Phase des Ausgangssignals des Drehmo­ mentsensors in drei unterschiedlichen Fällen;

Fig. 7 und 8 sind Frontansichten von Hauptkörpern, bei denen Segmente eines Ausgleichsele­ ments entfernt sind;

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht ähn­ lich Fig. 3 und zeigt einen Haupt­ körper und eine Grundplatte eines Dreh­ momentsensors gemäß einem zweiten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung.

Ein in Fig. 1 und 2 gezeigte drehbare Welle 20, bei­ spielsweise eine Lenkwelle oder eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs, verbindet eine nicht gezeigte mechanische Antriebsquelle mit einer nicht gezeigten Last. Die Welle 20 ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Wenn auf die Welle 20 ein Drehmoment ausgeübt wird, so wird die Welle durch das Drehmoment verformt oder tordiert. Hierdurch werden infolge der Magnetostriktion die magne­ tischen Eigenschaften wie etwa die Magnetisierung und magnetische Permeabilität der Welle verändert.

In einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist die Welle 20 ein nicht-ferromagnetisches Bauteil auf, das mit einem Film aus ferromagnetischem Material überzogen ist.

Ein der Welle 20 zugeordneter Drehmomentsensor 21 mißt das auf die Welle ausgeübte Drehmoment, indem er die magnetische Permeabilität der Welle 20 abtastet. Der Drehmomentsensor 21 weist einen festen Hauptkörper 22 auf, der im wesentlichen aus Kunststoff hergestellt ist und in der Nähe der Welle 20 angeordnet ist. Der Haupt­ körper 20 kann auch aus einem anderen elektrisch iso­ lierenden, nicht magnetischem Material hergestellt sein. Der Hauptkörper 20 weist eine sich in Längsrichtung der Welle 20 erstreckende Ausnehmung 23 mit einer gekrümmten Oberfläche auf, die einem Teil der Umfangsfläche der Welle 20 angepaßt ist. Der von der Ausnehmung 23 aufge­ nommene Abschnitt der Welle 20 ist von dem Hauptkörper 22 durch einen vorgegebenen Zwischenraum von etwa 1-2 mm getrennt.

Gemäß Fig. 1 und 3 weist der Drehmomentsensor 21 eine Erreger-Wicklungseinheit mit zwei Erregerspulen 24 und 25 und eine Sensor-Wicklungseinheit mit zwei Sensorspulen 26 und 27 auf. Die Erregerspulen 24 und 25 sind jeweils auf parallele Arme 28 und 29 eines U-förmigen Kerns 30 gewickelt. Die Arme 28 und 29 verlaufen radial in bezug auf die Welle 20. Der Erreger-Kern 30 weist einen die beiden parallelen Arme 28 und 29 verbindenden Arm 31 auf, der parallel zu der Achse der Welle 20 verläuft. Die Erregerspulen 24 und 25 weisen somit in Axialrichtung der Welle 20 einen Abstand zueinander auf. Die Kombination aus Erreger-Kern 30 und Erregerspulen 24 und 25 ist im wesentlichen in den Hauptkörper 22 eingebettet. Die Stirn­ flächen 28 A und 29 A der parallelen Arme 28 und 29 liegen frei und fluchten mit der Oberfläche der Ausnehmung 23. Die Stirnflächen sind der Umfangsfläche der Welle 20 an­ gepaßt.

Die Sensorspulen 26 und 27 sind jeweils auf parallele Arme 32 und 33 eines U-förmigen Kerns 34 gewickelt. Die parallelen Arme 32 und 33 verlaufen senkrecht zu der Achse der Welle 20 und sind spiegelsymmetrisch in bezug auf eine die Mittelachse der Welle 20 enthaltende Ebene angeordnet. Der Sensor-Kern 34 weist einen Arm 35 auf, der die parallelen Arme 32 und 33 miteinander verbindet und der sich rechtwinklig zu dem Verbindungs-Arm 31 des Erreger-Kerns 30 erstreckt. Die Sensorspulen 26 und 27 sind somit im wesentlichen in Umfangsrichtung der Welle 20 in Abstand zueinander und symmetrisch in bezug auf die Kombination aus Erreger-Kern 30 und Erregerspulen 24 und 25 angeordnet. Die Kombination aus Sensor-Kern 34 und Sensorspulen 26 und 27 ist im wesentlichen in den Hauptkörper 22 eingebettet. Die Stirnflächen 32 A und 33 A der parallelen Arme 32 und 33 liegen frei und fluchten mit der Oberfläche der Ausnehmung 23. Auch diese Stirn­ flächen sind an die Umfangsfläche der Welle 20 angepaßt.

Die jeweiligen Verbindungs-Arme 31 und 35 der Kerne 30 und 34 sind in der Mitte miteinander verbunden.

Gemäß Fig. 1 sind die Erregerspulen 24 und 25 elektrisch in Serie geschaltet. Ein Wechselspannungsgenerator 40 ist über nicht gezeigte, an dem Hauptkörper 22 befestigte Klemmen mit der Serienschaltung der Erregerspulen 24 und 25 verbunden. Da die Sensorspulen 26 und 27 über die Kerne 30 und 34 und die Welle 20 elektromagnetisch mit der Er­ regerspulen 24 und 25 gekoppelt sind, werden magnetische Flüsse erzeugt, die die Erregerspulen 24 und 25 und die Sensorspulen 26 und 27 verbinden und elektrische Signale in den Sensorspulen 26 und 27 induzieren, wenn durch den Wechselspannungsgenerator 40 ein Wechselstrom in den Erregerspulen 24 und 25 erzeugt wird. Diese magne­ tischen Flüsse sind in Fig. 3 durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Die Richtung dieser magnetischen Flüsse wechselt mit der Frequenz des Wechselstroms. Da die magnetischen Flüsse die Welle 20 durchsetzen, sind die in den Sensorspulen 26 und 27 erzeugten elektrischen Signale von der magnetischen Permeabilität der Welle 20 und somit von dem auf die Welle ausgeübten Drehmoment abhängig.

Die Kombination der Erregerspulen 24 und 25 ist derart ausgelegt, daß in der Sensorspule 26 die magnetischen Flüsse, die diese Sensorspule 26 mit den Erregerspulen 24 und 25 verbinden, entgegengesetzt gerichtet sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Anordnung gestattet es somit, daß die beiden magnetischen Flüsse einander ge­ gegenseitig aufheben. Wenn die beiden magnetischen Flüsse sich vollständig gegenseitig aufheben, wird in der Sensor­ spule 26 ein elektrisches Null-Signal erzeugt. In ähn­ licher Weise sind die magnetischen Flüsse, die die Sen­ sorspule 27 mit den Erregerspulen 24 und 25 verbinden, entgegengesetzt gerichtet, wie ebenfalls in Fig. 3 dar­ gestellt ist. Somit weist auch das in der Sensorspule 27 erzeugte elektrische Signal den Wert Null auf, wenn sich die magnetischen Flüsse in dieser Erregerspule vollständig aufheben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Sensorspulen 26 und 27 derart in Serie miteinander verbunden, daß die je­ weiligen drehmomentabhängigen Änderungen der elektrischen Signale, die in den Sensorspulen 26 und 27 erzeugt werden, einander nicht aufheben, sondern sich summieren und ein Signal ergeben, das mit hoher Empfindlichkeit das auf die Welle 20 ausgeübte Drehmoment repräsentiert. Ein Wechsel­ spannungsmeßgerät 50 ist über nicht gezeigte, an dem Hauptkörper 22 angebrachte Klemmen mit der Serienschal­ tung der Sensorspulen 26 und 27 verbunden. Wahlweise ist in der elektrischen Verbindung zwischen der Serien­ schaltung der Sensorspulen 26 und 27 und dem Wechsel­ spannungsmeßgerät 50 ein Verstärker vorgesehen.

Es ist wünschenswert, daß in dem Fall, daß kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird, die magnetischen Flüsse durch die Sensorspulen 26 und 27 sich jeweils vollstän­ dig aufheben, so daß das in der Kombination aus den Sensorspulen 26 und 27 induzierte resultierende elek­ trische Signal den Wert Null aufweist. Es gibt jedoch verschiedene Ungleichgewichtsfaktoren, beispielsweise Fehler in der Positionierung der Spulen 24, 25, 26 und 27 oder Fehler in den Abmessungen der Kerne 30 und 34, die sich ungünstig auf die gegenseitige Auslöschung der elektrischen Signale in der Serienschaltung der Sensor­ spulen 26 und 27 bei dem Drehmoment Null auswirken.

Wie am besten in Fig. 3 zu erkennen ist, ist ein Aus­ gleichselement 43 aus ferromagnetischem Material in der Nähe der Erregerspule 24 in den Hauptkörper 22 einge­ bettet. Dieses Ausgleichselement dient dazu, die oben erwähnten Ungleichgewichtsfaktoren zu kompensieren, so daß das in der Serienschaltung der Sensorspulen 26 und 27 induzierte Signal vollständig auf Null abgeglichen ist, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird.

Das Ausgleichselement 43 erstreckt sich im wesentlichen parallel zu der Kombination aus den Sensorspulen 26 und 27 und dem Kern 34 und weist ursprünglich eine spiegel­ symmetrische Form in bezug auf die Ebene auf, die die beiden Mittelachsen der parallelen Arme 28 und 29 des Erreger-Kerns 30 enthält. Eine Oberfläche des Augleichs­ elements 43 liegt an der Oberfläche des Hauptkörpers 23 frei und gestattet einen Zugang zu dem Ausgleichselement 43.

Nach der Herstellung und Montage wird der Drehmoment­ sensor 21 in Betrieb genommen. Der durch die Erreger­ spulen 24 und 25 fließende Wechselstrom erzeugt magne­ tische Flüsse, die durch die Kerne 30 und 34 und die Welle 20 verlaufen, wie durch die gestrichelten Pfeile in Fig. 3 gezeigt wird.

Es soll angenommen werden, daß der Drehmomentsensor 21, insbesondere die Anordnung der Spulen und Kerne in dem Hauptkörper 22 ohne spezielle Einstellung in der gewünsch­ ten Weise ausbalanciert ist. Fig. 4 zeigt die Kenn­ linien des Drehmomentsensors 21 für diesen ausbalancierten Zustand. Gemäß Fig. 4 nimmt die Amplutide des Ausgangs­ signals des Drehmomentsensors 21, d. h., die Amplitude des in der Kombination der Sensorspulen 26 und 27 indu­ zierten resultierenden Signals, im Bereich positiver Drehmomentwerte von Null linear mit dem auf die Welle 20 ausgeübten Drehmoment zu. Im Bereich negativer Drehmomentwerte nimmt die Amplitude des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 21 linear mit dem Drehmoment auf den Wert Null ab. Wenn das auf die Welle 20 ausgeübte Drehmoment den Wert Null hat, hat die Amplitude des Aus­ gangssignals ebenfalls den Wert Null. Die Steigungen die­ ser Kennlinie im positiven und negativen Drehmomentbe­ reich haben entgegengesetzte Vorzeichen, sind jedoch dem Betrage nach gleich. Wie ferner in Fig. 4 gezeigt ist, kehrt sich die Phase des Ausgangssignals des Dreh­ momentsensors 21 in der Umgebung des dem Drehmoment Null entsprechenden Punkts um 180° um. Die Phase beträgt +90° im überwiegenden Teil des positiven Drehmomentbereichs und -90° im überwiegenden Teil des negativen Drehmoment­ bereichs.

Nunmehr soll angenommen werden, daß sich der Drehmoment­ sensor 21 in einem Ungleichgewichtszustand befindet, wenn keine Einstellung vorgenommen wird. In einigen dieser Ungleichgewichtszustände ist in dem Fall, daß kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird, die Anzahl der magnetischen Flußlinien X, die die Erreger­ spule 24 mit der Sensorspule 26 verbinden, von der An­ zahl der magnetischen Flußlinien Y, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 27 verbinden, verschieden, während die Anzahlen der magnetischen Flußlinien, die die Erreger­ spule 25 mit den Sensorspulen 26 und 27 verbinden, im wesentlichen übereinstimmen.

Fig. 5 zeigt Kennlinien des Drehmomentsensors 21 für bestimmte Ungleichgewichtszustände, in denen die Anzahl der magnetischen Flußlinien X, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 26 verbinden, kleiner ist als die Anzahl der magnetischen Flußlinien Y, die die Erreger­ spule 24 mit der Sensorspule 27 verbinden, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird. Gemäß Fig. 5 ist in diesen Ungleichgewichtszuständen der Drehmoment­ wert, bei dem die Amplitude des Ausgangssignals den Wert Null annimmt, im Verhältnis zu dem in Fig. 4 gezeigten Fall zur negativen Seite verschoben. Wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird, ist die Amplitude VO des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 21 von Null ver­ schieden. Darüber hinaus tritt in diesem Fall eine Phasen­ verschiebung um +90° im Vergleich zu dem in Fig. 4 ge­ zeigten Zustand auf.

Wenn sich der Drehmomentsensor 21 in einem Ungleichgewichts­ zustand der in Fig. 5 gezeigten Art befindet, wird ein rechter Abschnitt 43 A des Ausgleichselements 43 mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs, beispielsweise mit Hilfe eines Diamantbohrers entfernt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Die Entfernung dieses Teils des Ausgleichselements führt zu einer Erhöhung der Anzahl der magnetischen Flußlinien X, die die Erregerspule 24 mit der Sensor­ spule 26 verbinden, und zu einer Verringerung der Anzahl der magnetischen Flußlinien Y, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 27 verbinden. Das Material des Aus­ gleichselements 43 wird so weit entfernt, daß die Anzahlen der Flußlinien X und Y übereinstimmen, so daß die Ampli­ tude des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 21 den Wert Null annimmt, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird. Auf diese Weise wird das Ungleichgewicht beseitigt und der Drehmomentsensor 21 auf Null abge­ glichen. Die sich auf diese Weise ergebenden Kennlinien des Drehmomentsensors 21 sind den in Fig. 4 gezeigten Kennlinien ähnlich.

Fig. 6 zeigt die Kennlinien des Drehmomentsensors 21 für andere Ungleichgewichtsfälle, in denen die Anzahl der magnetischen Flußlinien X, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 26 verbinden, größer als die Anzahl der Flußlinien Y, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 27 verbinden, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgübt wird. Gemäß Fig. 6 ist in diesen Fällen der Drehmomentwert, bei dem die Amplitude des Ausgangssignals den Wert Null annimmt, im Verhältnis zu Fig. 4 zur positiven Seite verschoben. Wenn kein Drehmoment ausgeübt wird, ist die Amplitude VO des Aus­ gangssignals des Drehmomentsensors 21 von Null verschie­ den. Darüber hinaus ergibt sich in diesem Fall eine Phasen­ verschiebung von -90° gegenüber dem in Fig. 4 gezeigten Fall, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird.

Wenn sich der Drehmomentsensor 21 in einem Ungleichge­ wichtszustand gemäß Fig. 6 befindet, wird in der glei­ chen Weise wie in dem zuvor beschriebenen Fall ein linker Abschnitt 43 A des Ausgleichselements 43 entfernt. Hierdurch wird die Anzahl der magnetischen Flußlinien X, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 26 verbinden, verringert, während die Anzahl der Flußlinien Y, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 27 verbinden, erhöht wird. Das Material des Ausgleichselements wird zu einem solchen Grad entfernt, daß die Anzahlen der Flußlinien X und Y übereinstimmen, so daß die Amplitude des Aus­ gangssignals des Drehmomentsensors 21 den Wert Null an­ nimmt, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird. Auf diese Weise wird der zunächst im Ungleichge­ wicht befindliche Drehmomentsensor 21 auf Null abgeglichen, so daß sich Kennlinien ähnlich Fig. 4 ergeben.

In einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung be­ steht das Ausgleichselement 43 aus elektrisch leitendem Material wie etwa Kupfer oder Aluminium. In diesem Fall fließt in dem Ausgleichselement 43 ein Wirbelstrom, so daß ein bestimmter Energiebetrag dissipiert wird. Es kommt somit zu einer Wechselwirkung zwischen dem Aus­ gleichselement 43 und dem elektromagnetischen System des Drehmomentsensors 21, durch die die magnetischen Flüsse beeinflußt werden.

Das Ausgleichselement 43 kann wahlweise auch in der Nähe der Sensorspule 26 angeordnet sein. In diesem Fall beeinflußt das Ausgleichselement 43 die Anzahlen der magnetischen Flußlinien, die die Erregerspulen 24 und 25 mit der Sensorspule 26 verbinden. Durch Entfernen eines Abschnitts des Ausgleichselements 43 wird erreicht, daß die Amplitude des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 21 genau dann den Wert Null annimmt, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird.

Das Ausgleichselement 43 kann wahlweise auch an einer anderen Oberfläche des Hauptkörpers 22 angebracht sein, beispielsweise an der der Ausnehmung 23 gegenüberliegen­ den Oberfläche.

Fig. 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, das mit Ausnahme der nachfolgend beschriebenen konstruktiven Änderungen dem anhand von Fig. 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnelt.

Der Hauptkörper 22 ist auf einer Grundplatte 60 montiert. Ein sektorförmiges Ausgleichselement 61 ist mit seinem verjüngten Ende mit Hilfe einer Schraube 62 an der Grund­ platte 60 befestigt. Wenn die Schraube 62 gelöst ist, kann das Ausgleichselement 61 in einer zu der Kombination aus den Sensorspulen 26 und 27 und dem Sensor-Kern 34 parallelen Ebene frei um die Schraube 62 geschwenkt wer­ den. Die Schwenkachse des Ausgleichselements 21 verläuft durch eine Ebene, die die Mittelachse der Kombination aus Erregerspulen 24 und 25 und dem Erreger-Kern 30 ent­ hält. Das Ausgleichselement 61 ist in der Nähe der Erre­ gerspule 24 angeordnet. In Axialrichtung der Welle 20 gesehen (Fig. 2) bewegt sich der Hauptteil des Ausgleichs­ elements 61 bei der Schwenkbewegung zur rechten oder lin­ ken Seite der Erregerspule 24. Wenn das Ausgleichselement 61 geschwenkt wird, so ändern sich die Anzahlen der mag­ netischen Flußlinien, die die Erregerspule 24 mit der Sensorspule 26 bzw. der Sensorspule 27 verbunden, in ent­ gegengesetztem Sinn. Somit kann durch Einstellen der Position des Ausgleichselements 61 der Drehmomentsensor derart abgeglichen werden, daß die Amplitude seines Ausgangssignals genau dann den Wert Null annimmt, wenn kein Drehmoment auf die Welle 20 ausgeübt wird (Fig. 2).

Nach dem Einstellen der Position des Ausgleichselements 61 wird die Schraube 62 angezogen, so daß das Ausgleichs­ element in der eingestellten Position festgelegt wird. Auf diese Weise ist der Nullabgleich gegenüber dem Null­ abgleich bei dem in Fig. 1 bis 8 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel vereinfacht.

Das Ausgleichselement 61 kann auch mit einer anderen Oberfläche der Einheit aus Hauptkörper 22 und Grundplatte 60, beispielsweise mit der der Ausnehmung 23 gegenüber­ liegenden Oberfläche verbunden sein.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können darüber hinaus in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann ein Ausgleichselement mit Hilfe eines Klebers je nach Art des Ungleichgewichts­ zustands des Drehmomentsensors in einer geeigneten Posi­ tion auf eine der Oberflächen des Hauptkörpers aufge­ klebt werden. Ferner kann eine der Sensorspulen 26 und 27 oder eine der Erregerspulen 24 und 25 fortgelassen werden.

Der erfindungsgemäße Drehmomentsensor kann für vielfältige Anwendungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise in einer Servolenkung, in der die verstärkte Lenkkraft von dem auf die Lenkwelle ausgeübten Drehmoment abhängig ist, oder in einem Automatikgetriebe, bei dem die Betä­ tigung einer Kupplung in Abhängigkeit von dem auf die Getriebewelle ausgeübten Drehmoment erfolgt.

Claims (11)

1. Drehmomentsensor für eine Welle (20), die ein ferromag­ netisches Material aufweist, mit

• a) einer Erregerspulen-Einheit (24, 25),
• b) einem elektrisch mit der Erregerspulen-Einheit verbunde­ nen Wechselspannungsgenerator (40) zur Erzeugung eines Wechselstromes in der Erregerspulen-Einheit,
• c) einer Sensorspulen-Einheit (26, 27), die über das ferromagnetische Material der Welle (20) elektro­ magnetisch mit der Erregerspulen-Einheit gekoppelt ist und in der ein als Funktion des auf die Welle (20) ausgeübten Drehmoments veränderliches elektri­ sches Signal induziert wird, und
• d) einer Einrichtung zum Nullabgleich des Drehmoment­ sensors,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Nullabgleich ein Ausgleichselement (43; 61) aufweist, das elektromagnetisch mit der Sensorspulen-Einheit (26, 27) gekoppelt ist.

2. Drehmomentsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgleichselement (43; 61) aus ferromagnetischem Material besteht.

3. Drehmomentsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgleichselement aus elektrisch leitendem Material besteht.

4. Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nullabgleich ein Abschnitt des Ausgleichselements (43) entfernbar ist.

5. Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichs­ element (61) zum Nullabgleich beweglich ist.

6. Magnetostriktions-Drehmomentsensor mit wenigstens einer Erregerspule (24, 25) und wenigstens einer Sensorspule (26, 27), die jeweils auf einen Kern (30 bzw. 34) gewickelt sind, und mit einer Einrichtung zum Nullabgleich des Drehmomentsen­ sors, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (30, 34) der Erregerspule (24, 25) und der Sensorspule (26, 27) U-förmig ausgebildet und rechtwinklig zueinander angeordnet sind, daß die Kerne (30, 34) und die Erreger- und Sensorspulen (24, 25, 26, 27) in einem Hauptkörper (22) aus elektrisch isolie­ rendem, nicht magnetischen Material gehalten sind und daß die Einrichtung zum Nullabgleich durch ein an dem Hauptkörper (22) montiertes Ausgleichselement (43; 61) zum Abgleich des magne­ tischen Flusses durch die Sensorspule (26, 27) gebildet wird.

7. Drehmomentsensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgleichselement (43; 61) aus ferromagnetischem Material besteht.

8. Drehmomentsensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgleichselement aus elektrisch leitendem Material besteht.

9. Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des Ausgleichselements (43) zum Abgleich des magnetischen Flusses entfernbar ist.

10. Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichs­ element (61) zum Abgleich des magnetischen Flusses beweg­ lich ist.