DE3704049C2

DE3704049C2 -

Info

Publication number: DE3704049C2
Application number: DE3704049A
Authority: DE
Inventors: Shoichi Otaru Hokkaido Jp Edo; Hiroyuki Yokohama Jp Aoki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1987-02-10
Publication date: 1991-11-21
Also published as: US4823620A; DE3704049A1; US4964308A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der US-PS 45 06 554 bekannten Vorrichtung ist eine Hülse aus magnetischem Material vorgesehen, die konzentrisch auf einer Welle sitzt und mit dieser fest verbunden ist. Zwei ringförmige Bereiche der Hülse weisen Schlitze auf, die regelmäßig auf den Umfang verteilt sind und in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Welle angeordnet sind. Zwei über den ringförmigen Bereichen angeordnete Erregerspulen erzeugen einen Magnetfluß. Zwei weitere Spulen erfassen die magnetostriktive Änderung bei einem auf die Welle ausgeübten Drehmoment. Außerdem ist in dieser Druckschrift angegeben, daß in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Welle verlaufende Nuten auch unmittelbar in die Mantelfläche der Welle geschnitten werden können, die in zwei parallelen ringförmigen Abschnitten angeordnet sind. Schließlich ist ebenfalls angegeben, daß infolge der erforderlichen hohen Festigkeit und großen Härte der Welle deren magnetische Eigenschaften nicht optimal gemacht werden können.

Aus der DE-OS 29 39 620 ist es bekannt, eine zur Drehmomentmessung verwendete Welle mit einem ringförmigen Bereich von schräg zur Längsachse angeordneten Schlitzen auszubilden. Die auf der Welle angeordnete Schlitzreihe wird beidseitig von Flanschen begrenzt. Dieses bekannte Drehmoment-Meßverfahren beruht darauf, daß in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmoments eine axiale Längenänderung der Welle bewirkt wird. Wird ein Drehmoment von der Welle übertragen, ändert sich entsprechend die Lage der Flansche in axialer Richtung, was mit einem induktiven Wegaufnehmer erfaßt wird.

Die US-PS 44 16 161 beschreibt eine Drehmoment-Meßvorrichtung, die eine Welle mit einem Bereich aufweist, der aus zwei Schichten ferromagnetischen Materials unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke besteht. Die Änderung der Magnetisierung der sich drehenden, ein Drehmoment übertragenden Welle wird erfaßt und zur Ermittlung des Drehmomentes verwendet. Diese Schichten aus ferromagnetischem Material können durch Plattieren auf der Welle aufgetragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß sie bei hoher Festigkeit der Welle auch stabile und gute magnetische Eigenschaften dieser sicherstellt und eine hohe Meßempfindlichkeit hat.

Bei einer Vorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das Härten der Oberflächenschicht der Welle bis zu einer bestimmten Tiefe, wodurch sich ein bestimmter gehärteter Bereich der Stege ergibt, der mindestens 10% ihres Querschnittes einnimmt, wird die Festigkeit der Welle und deren Oberflächenhärte weiter erhöht und es werden gleichzeitig ihre magnetischen Eigenschaften verbessert und stabilisiert, insbesondere wird die Hysterese vermindert. Der angegebene besondere Höhenunterschied zwischen Stegen und Nuten führt zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit bei der Messung des Drehmomentes.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer Welle zur Erläuterung der Ausrichtung von durch Einwirkung eines Drehmoments auf die Welle hervorgerufenen Zug- und Druckspannungen,

Fig. 2 und 3 schematisierte Seiten- bzw. Stirnansichten eines Abgriffsteils einer bekannten Torsionsmeßvorrichtung,

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte, schematisierte Seitenansicht eines Abgriffsteils einer Torsionsmeßvorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Seitenansicht zweier an der in Fig. 4 gezeigten Welle ausgebildeter Reihen einander entgegengesetzt geneigter Nuten,

Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht einer der in Fig. 5 dargestellten Nuten,

Fig. 8 ein Diagramm einer elektrischen Schaltung zum Messen einer Verdrehung unter Verwendung des in Fig. 4 gezeigten Abgriffsteils,

Fig. 9A und 9B grafische Darstellungen von Änderungen der Potentiale an zwei Verbindungspunkten der Schaltung nach Fig. 8 bei Verdrehung der Welle im Uhrzeiger- bzw. im Gegenzeigersinn,

Fig. 10 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Potentialdifferenz zwischen den beiden vorstehend genannten Verbindungspunkten von der Richtung und Größe der Verdrehung,

Fig. 11 eine grafische Darstellung einer Ausgangscharakteristik einer Torsionsmeßvorrichtung gemäß einer Fig. 4 entsprechenden Ausführungsform,

Fig. 12 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Empfindlichkeit einer Torsionsmeßvorrichtung der in Fig. 4 gezeigten Art von der Frequenz einer an die Erregerspulen der Vorrichtung gelegten Wechselspannung,

Fig. 13 eine grafische Darstellung einer Ausgangscharakteristik einer herkömmlichen Torsionsmeßvorrichtung,

Fig. 14 eine schematisierte Darstellung einer örtlichen anisotropen Verteilung der magnetischen Permeabilität in einem Oberflächenbereich einer gewöhnlichen Welle,

Fig. 15 eine grafische Darstellung der Änderungen von Ausgangssignalen einer herkömmlichen Torsionsmeßvorrichtung während einer Umdrehung einer zu untersuchenden Welle,

Fig. 16 eine Seitenansicht einer Welle mit zwei Reihen von einander entgegengesetzt geneigten Rippen anstelle der in Fig. 5 gezeigten Nuten,

Fig. 17 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 17-17 in Fig. 16,

Fig. 18 eine vergrößerte Schnittansicht einer der in Fig. 16 gezeigten Rippen,

Fig. 19 eine Seitenansicht einer Welle mit einer abgewandelten Ausführung der Nuten gemäß Fig. 5,

Fig. 20 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 20-20 in Fig. 19,

Fig. 21 eine vergrößerte Schnittansicht einer der in Fig. 19 gezeigten Nuten,

Fig. 22 eine teilweise im Schnitt dargestellte, schematisierte Seitenansicht eines Abgriffsteils einer Torsionsmeßvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 23 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Vorrichtung nach Fig. 22 von der Tiefe der in Fig. 22 gezeigten Spiralnuten,

Fig. 24 eine Seitenansicht eines Teils der in Fig. 22 dargestellten Welle,

Fig. 25 und 26 grafische Darstellungen der Abhängigkeit der Empfindlichkeit der in Fig. 22 gezeigten Torsionsmeßvorrichtung von der Breite der an der Welle ausgebildeten Spiralnuten bzw. -stege,

Fig. 27 bis 31B vereinfachte Darstellungen von den in Fig. 4 Dargestellten entsprechenden Nuten und Stegen zur Erläuterung ihrer Breite, Länge und gegenseitigen Abstände,

Fig. 32 bis 34 schematisierte, vergrößerte Schnittansichten von den in Fig. 22 Dargestellten entsprechenden Nuten und Stegen,

Fig. 35 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke einer an der Welle nach Fig. 22 ausgebildeten karburierten Schicht und dem Grad der Hysterese der Welle,

Fig. 36 eine vergrößerte Schnittansicht der vorstehend genannten karburierten Schicht,

Fig. 37 und 38 jeweils die Hauptelemente eines Abgriffsteils entsprechend Fig. 22 zur Darstellung ihrer relativen Breite,

Fig. 39 eine grafische Darstellung einer Ausgangscharakteristik einer Torsionsmeßvorrichtung der in Fig. 22 gezeigten Art bei andauernder Verdrehung der zu untersuchenden Welle um einen vorbestimmten Winkel und

Fig. 40 eine grafische Darstellung des Verlaufs von Ausgangssignalen der gleichen Vorrichtung bei einer Umdrehung der Welle.

Durch die Einwirkung eines in bezug auf den Querschnitt einer in Fig. 1 gezeigten zylindrischen Stange oder Welle 100 im Uhrzeigersinn gerichteten Drehmoments T entsteht eine in bezug auf die Längsachse C der Welle 100 in einem Winkel von ca. 45° nach rechts geneigt verlaufende Zugspannung +σ und eine in bezug auf die Axialrichtung in einem Winkel von ca. 45° nach links geneigt verlaufende Druckspannung -σ am Umfang der Welle 100. Bei einer Welle 100 aus einem magnetischen Werkstoff mit positiver Magnetostriktion bewirkt dies eine Erhöhung der magnetischen Permeabilität in Richtung der Zugspannung +σ und eine Verringerung derselben in Richtung der Druckspannung -σ.

Fig. 2 und 3 zeigen die Umrisse eines Abgriffsteils einer bekannten Torsionsmeßvorrichtung zum Messen eines auf die Welle 100 aus magnetischem Werkstoff einwirkenden Drehmoments. Zu dem Abgriffsteil gehört ein Joch 12 aus einem eine hohe Permeabilität aufweisenden Werkstoff, z. B. "Permalloy", welches nahe der zylindrischen Oberfläche der Welle angeordnet ist, so daß zwischen dieser und den magnetischen Polen des Jochs 12 jeweils ein enger Spalt 13 von einer vorbestimmten Breite verbleibt. Das Joch 12 trägt in einer diagonalen Anordnung ein Paar Erregerspulen 14 zum Erzeugen eines Magnetkreises, in welchem die Welle 100 ein Teil des Weges für den Magnetfluß darstellt, und ein Paar Sonderspulen 16. Zu der Torsionsmeßvorrichtung gehört ferner eine (nicht gezeigte) elektrische Schaltung, welche bei Ausübung eines beispielsweise im Uhrzeigersinn gerichteten Drehmoments auf die Welle eine Ausgangsspannung erzeugt, welche der Summe der durch die in bezug auf die Axialrichtung in einem Winkel von 45° nach rechts geneigt verlaufende Zugspannung +σ hervorgerufenen Erhöhung der Permeabilität und der durch die in bezug auf die Axialrichtung in einem Winkel von 45° nach links geneigt verlaufende Druckspannung hervorgerufenen Verringerung der Permeabilität entspricht. Eine Torsionsmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet nach dem gleichen Prinzip.

Fig. 4 bis 7 zeigen das Abgriffteil einer Torsionsmeßvorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung. Das Abgriffsteil steht in Wirkbeziehung zu einer zylindrischen Welle 20, welche unter Einwirkung eines zu messenden Drehmoments steht. Die Welle 20 ist wenigstens in ihrem zylindrischen Oberflächenbereich aus einem magnetostriktive Eigenschaften aufweisenden magnetischen Werkstoff gefertigt, z. B. aus Kohlenstoffstahl oder einem legierten Stahl wie Ni-Cr-Mo-Stahl oder einer FE-13A1-Legierung. Zum Abgriffteil gehört ein aus einem Werkstoff hoher Permeabilität gefertigtes zylindrisches Joch 24, welches derart um die Welle 20 herum angeordnet ist, daß zwischen der Oberfläche der Welle und den Polen des Jochs schmale Spalte 25 von einer vorbestimmten Breite verbleiben. Das Joch 24 umschließt ein Paar Erregerspulen 26A und 26B.

Auf einem Abschnitt 20a der Welle 20 ist in deren zylindrischer Oberfläche eine erste Reihe von Nuten 22a ausgebildet, welche parallel zueinander in einem Winkel von 45° zur Längsachse C der Welle 20 verlaufen. Durch die Ausbildung der Nuten 22A ist zwischen diesen eine entsprechende Anzahl von erhöhten Stegen 23A auf dem Abschnitt 20a der Welle 20 vorhanden, welche in demselben Winkel wie die Nuten 22A geneigt verlaufen. In einem dem Abschnitt 20a in geringem Axialabstand benachbarten Abschnitt 20b der Welle 20 ist in der zylindrischen Oberfläche eine zweite Reihe von parallelen Nuten 22B ausgebildet, welche in den ersten Nuten 22A entgegengesetzter Richtung in einem Winkel von 45° zur Achse C der Welle 20 geneigt verlaufen. Zwischen den Nuten 22B verbleibende Stege 23B sind in demselben Winkel geneigt wie diese. Die erste und die zweite Reihe von Nuten 22A bzw. 22B sind somit in bezug auf eine Querschnittsebene der Welle 20 symmetrisch ausgebildet. Die im Joch 24 zur Linken angeordnete Erregerspule 26A umgibt die erste Reihe der in der Welle 20 ausgebildeten Nuten 22A, während die zur Rechten angeordnete Erregerspule 26B die zweite Reihe der Nuten 22B umgibt. Für die Messung einer Verdrehung der Welle 20 bzw. eines auf diese einwirkenden Drehmoments wird eine vorbestimmte Wechselspannung an die beiden Erregerspulen 26A und 26B gelegt.

Fig. 8 zeigt eine elektrische Schaltung zum Messen eines Drehmoments T unter Verwendung des in Fig. 4 bis 7 gezeigten Abgriffsteils. Die Schaltung umfaßt eine Brückenschaltung, welche aus den jeweils eine Induktivität L1 bzw. L2 darstellenden Erregerspulen 26A und 26B sowie aus zwei denselben Widerstandswert R aufweisenden Widerständen 30A und 30B zusammengesetzt ist. Für die Abgleichung ist ferner ein Regelwiderstand 32 vorhanden. Ein als Wechselspannungsquelle dienender Oszillator 34 ist mit den Verbindungspunkten A und C der Brückenschaltung verbunden, um die Erregerspulen 26A und 26B in der gleichen Richtung zu erregen und die Brückenschaltung mit einer konstanten Wechselspannung zu speisen, welche eine Amplitude V und eine Frequenz f hat. Bei Erregung der Erregerspulen 26A und 26B durch die Wechselspannung entstehen um jede Spule 26A und 26B herum Magnetkraftlinien mit einem Magnetfluß, welcher von der Welle 20 über einen Spalt 25 zum Joch 24 und über den anderen Spalt 25 zurück zur Welle 20 verläuft. Um die Empfindlichkeit der Torsionsmeßvorrichtung zu erhöhen, sind die beiden Erregerspulen 26A und 26B vorzugsweise so angeschlossen, daß die von ihnen erzeugten Magnetfelder gleichsinnig gerichtet sind.

Bei Ausübung eines wie in Fig. 4 dargestellt im Uhrzeigersinn gerichteten Drehmoments T auf die Welle 20 entfaltet die in der Welle 20 erzeugte Zugspannung +σ ihre größte Wirkung in den Stegen 23B, da diese in der Richtung der Zugspannung verlaufen, während die Druckspannung -σ ihre größte Wirkung in den entgegengesetzt geneigt verlaufenden Stegen 23A entfaltet. Bei einer Welle 20 aus einem magnetischen Werkstoff mit positiv magnetostriktiver Eigenschaft bewirkt die Zugspannung in den Stegen 23B eine beträchtliche Erhöhung der Permeabilität, während die Druckspannung in den linksseitigen Stegen 23A eine beträchliche Verringerung der Permeabilität zur Folge hat. Daraus ergibt sich eine Verringerung der Induktanz L1 der Spule 26A und eine entsprechende Vergrößerung der Induktanz der anderen Spule 26B. Unter Einwirkung eines in bezug auf die Achse C im Gegenzeigersinn gerichteten Drehmoments tritt die umgekehrte Wirkung ein. Aufgrund derartiger Änderungen der Induktanzen L1 und L2 ist die in Fig. 8 gezeigte Brückenschaltung dann nicht mehr abgeglichen, so daß zwischen einander gegenüberliegenden Verbindungspunkten B und B′ eine Potentialdifferenz vorhanden ist, welche als Ausgangssignal für die Ermittlung des Drehmoments bzw. der Verdrehung verwendbar ist.

Die in den Gliedern ABC und AB′C der Brückenschaltung fließenden Ströme i1 bzw. i2 lassen sich durch die folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) ausdrücken:

i1 = V/[R² + (2πfL1)²]^1/2 (1)
i2 = V/[R2 + (2πfL2)²]^1/2 (2).

Eine Vergrößerung oder Verminderung der Induktanz L1 (oder L2) bewirkt somit eine Verringerung bzw. Verstärkung des Stroms i1 (oder i2).

Das Potential V1 an der Verbindungsstelle B und das Potential V2 an der Verbindungsstelle B′ lassen sich durch die folgenden Gleichungen (3) bzw. (4) ausdrücken:

V1 = i1 · R (3)
V2 = i2 · R (4).

Die vorstehend erwähnte Potentialdifferenz Vd ist durch den folgenden Ausdruck definiert:

Vd = V1 - V2 (5).

Ein in Verbindung mit der in Fig. 8 gezeigten Brückenschaltung verwendeter Differentialverstärker 36 erzeugt an seinen Ausgängen 38, 38′ eine Ausgangsspannung, welche die Richtung und Größe des auf die Welle 20 einwirkenden Drehmoments T angibt. Fig. 9A zeigt die Änderung des Potentials V1 am Verbindungspunkt B in Abhängigkeit von der Richtung und Größe eines auf die Welle 20 in Fig. 4 einwirkenden Drehmoments, während Fig. 9B entsprechende Änderungen des Potentials V2 am Verbindungspunkt B′ darstellt. Fig. 10 zeigt die Änderungen der Potentialdifferenz Vd in Abhängigkeit von der Richtung und Größe des Drehmoments. Die Potentialdifferenz Vd, d. h. also das dem jeweiligen Drehmoment entsprechende Ausgangssignal der vorstehend beschriebenen Schaltung verläuft linear, bis die Spannungen in den geneigt verlaufenden Stegen 23A, 23B an der Welle 20 eine Größenordnung von 10^-4 unterschreiten.

Die gemäß der Erfindung an der Welle 20 ausgebildeten, geneigt verlaufenden Nuten 22A, 22B und Stege 23A, 23B dienen der Nutzbarmachung des sogenannten Skin-Effekts, welcher beim Eintritt einer elektromagnetischen Welle in einen magnetischen Werkstoff auftritt. Der Skin-Effekt ergibt sich aus der Eindringtiefe δ, welche durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt werden kann und das Eindringen der elektromagnetischen Welle bis zu einer Tiefe angibt, in welcher die Amplitude der Welle bis auf 1/e des Anfangswerts abgeklungen ist.

δ = 1/(π · µ · σ · f)^1/2 (6)

Darin ist µ die Permeabilität des magnetischen Werkstoffs und σ die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffs.

Wie in Fig. 7 dargestellt, ist die Tiefe der in der Welle 20 ausgebildeten geneigten Nuten 22A und 22B größer als die Eindringstufe δ des Werkstoffs der Welle. Im allgemeinen ist eine Tiefe der Nuten 22A, 22B von ca. 0,5 bis 1,5 mm ausreichend, sofern die an die Erregerspulen 26A und 26B gelegte Wechselspannung eine ausreichend hohe Frequenz f hat. Beispielsweise bei der als Werkstoff für die Welle verwendbaren Fe-13A1-Legierung beträgt die Permeabilität µ 4 × 10^-5 H/m und die elektrische Leitfähigkeit σ ist gleich 10⁶ Ω^-1m^-1. Bei einer Eingangsfrequenz f von 10⁴ Hz ergibt sich dabei nach Gleichung (6) eine Eindringtiefe δ von ca. 0,6 mm. In diesem Falle ist die Tiefe der Nuten 22A, 22B vorzugsweise größer als 0,6 mm und beträgt bis zu 1,0 mm, um die Empfindlichkeit der Torsionsmeßvorrichtung zu verbessern. In der sich durch das von der jeweiligen Erregerspule 26A und 26B erzeugte magnetische Feld erstreckenden Welle 20 verteilt sich der Magnetfluß im wesentlichen nur in der Oberflächenschicht, deren Dicke ungefähr gleich der Eindringtiefe δ ist. Bei Nichtvorhandensein der Nuten 22A, 22B verläuft ein großer Teil des Magnetflusses parallel zur Längsachse C der Welle 20. Die geneigten Nuten 22A und 22B unterbrechen einen solchen axialen Verlauf des Magnetflusses und bewirken, daß ein großer Teil desselben entlang den zwischen den Nuten 22A, 22B gebildeten Stegen 23A bzw. 23B verläuft. Die geneigt verlaufenden Nuten 22A, 22B bilden somit einen magnetischen Widerstand und bewirken zusammen mit den Stegen 23A, 23B eine geometrische Anisotropie des Magnetismus. Dementsprechend bewirkt eine Verformung oder Verdrehung der Welle 20 unter dem Einfluß eines Drehmoments eine relativ große Änderung der Permeabilität in den beiden Abschnitten 20a und 20b der Welle 20. Da die Zug- und Druckspannungen in der Hauptsache einander entgegengesetzt in einem Winkel von jeweils 45° zur Längsachse der Welle gerichtet sind, ist eine optimale Erhöhung der Empfindlichkeit der Torsionsmeßvorrichtung dadurch erzielbar, daß man die Nuten 22A und 22B so ausbildet, daß sie einander entgegengesetzt jeweils in einem Winkel von 45° zur Achse der Welle verlaufen.

Dabei ist die Tatsache zu berücksichtigen, daß sich die Eindringtiefe δ mit abnehmender Eingangsfrequenz f vergrößert. Ist die Eingangsfrequenz f dabei so niedrig, daß die Eindringtiefe δ größer ist als die Tiefe der Nuten 22A und 22B, dann tritt eine beträchtliche Verschlechterung der Empfindlichkeit der Torsionsmeßvorrichtung ein, da dann ein größerer Teil des Magnetflusses in Längsrichtung der Welle verläuft. Bei Erhöhung der Frequenz f entsteht in der Welle ein Wirbelstrom, welcher in Radialrichtung der Welle eine solche Verteilung aufweist, daß er im Bereich der Achse am stärksten und an der zylindrischen Oberfläche gleich Null ist. Dementsprechend vermag die Magnetisierung an der Oberfläche der Welle Änderungen des äußeren Magnetfeldes zu folgen, während die Magnetisierung im inneren Bereich abgeschirmt ist. Der bevorzugte Bereich der Frequenz der an die Erregerspule 26A und 26B gelegten Wechselspannung liegt zwischen etwa 1 kHz und ca. 100 kHz. Bei Verwendung einer Spannung mit einer derart hohen Frequenz ist eine genügend hohe Empfindlichkeit bei niedriger Hysterese erzielbar. Fig. 11 zeigt die Ausgangscharakteristik der in Fig. 4 bis 8 dargestellten Torsionsmeßvorrichtung unter den vorstehend anhand von Fig. 7 erläuterten Bedingungen. Fig. 12 zeigt die Abhängigkeit dieser Vorrichtung von der Eingangsfrequenz f. Daraus ist ersichtlich, daß sich die Empfindlichkeit durch Erhöhung der Eingangsfrequenz f auf 10 kHz oder darüber beträchtlich steigern läßt, da dann der Skin-Effekt voll zur Wirkung kommt.

Fig. 13 zeigt die Ausgangscharakteristik der in Fig. 2 und 3 dargestellten bekannten Torsionsmeßvorrichtung, bei welcher die Welle 100 weder mit Nuten und Stegen noch mit irgendwelchen anderen Erhebungen versehen ist. In Fig. 13 ist zu erkennen, daß das Ausgangssignal der Torsionsmeßvorrichtung sich nicht auf Null einstellt, wenn die Welle 100 nicht unter Einwirkung eines Drehmoments steht. Die Ursachen hierfür liegen hauptsächlich in einer nicht ausreichend genauen Bearbeitung der Magnetpole des Jochs 12, in kleinen Unregelmäßigkeiten in der Anordnung der Erregerspulen 14 und Sondenspulen 16 und in örtlichen Ungleichmäßigkeiten der Permeabilität der Welle 100. Die Abweichung des Ausgangssignals von 0 mV in Abwesenheit eines Drehmoments erschwert die Messung von Drehmomenten kleiner Größenordnung. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich bei der bekannten Vorrichtung daraus, daß durch spanende Bearbeitung und/oder Wärmebehandlung der Welle 100 örtliche Spannungen in dieser hervorgerufen werden und zurückbleiben können. Derart zurückgebliebene Spannungen können zur Folge haben, daß sich der Magnetfluß ungleichmäßig in der Welle 100 verteilt. Dementsprechend ist dann auch die Permeabilität ungleichmäßig über den Umfang der Welle 100 verteilt, wie dies in Fig. 14 in schematisierter Form für verschiedene Drehwinkel der Welle dargestellt ist. Bei der Drehung einer solchen Welle ohne Belastung durch ein Drehmoment ergeben sich dann das in Fig. 15 dargestellte Ausgangssignal der Torsionsmeßvorrichtung. Die Ungleichmäßigkeit der Verteilung der Permeabilität verschwindet auch nicht, solange die Größe eines auf die Welle ausgeübten Drehmoments innerhalb eines üblichen Meßbereichs liegt. Selbst wenn also ein Drehmoment einer gegebenen Größenordnung auf die Welle ausgeübt wird, spiegelt das Ausgangssignal der Torsionsmeßvorrichtung das im unbelasteten Zustand der Welle erhaltene Meßergebnis wider und variiert in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Welle, wie in Fig. 15 zu erkennen.

In der in Fig. 4 bis 8 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die geneigt verlaufenden Nuten 22A und 22B gleichmäßig im wesentlichen über den gesamten Umfang der Welle verteilt, so daß durch das Drehmoment T hervorgerufene Änderungen der Permeabilität im wesentlichen am gesamten Umfang der Welle meßbar sind. Dementsprechend zeigt das Ausgangssignal der Torsionsmeßvorrichtung nur äußerst geringe Änderungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Welle 20. Selbst bei temperaturabhängigen Änderungen der Permeabilität des Werkstoffs der Welle läßt sich der Nullpunkt des Ausgangssignals stabil halten, da die Nuten 22A und 22B der ersten bzw. der zweiten Reihe in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, so daß für die Messung die Differenz der Änderungen der Permeabilität in den Abschnitten 20a und 20b der Welle 20 herangezogen werden kann.

Wie in Fig. 16 bis 18 dargestellt, können die geneigt verlaufenden Nuten 22A, 22B der in Fig.4 bis 8 dargestellten Ausführungsform durch zwei Reihen von parallel zueinander auf der zylindrischen Oberfläche der Welle 20 angebrachten Rippen 40A und 40B ersetzt werden. Die Rippen 40A und 40B verlaufen geneigt und sind im wesentlichen in der gleichen Weise angeordnet wie die Nuten 22A bzw. 22B in Fig. 4 bis 6. Die Rippen 40A, 40B sind aus einem nicht magnetischen und vorzugsweise elektrisch hoch leitfähigen Werkstoff, z. B. aus Kupfer. Die Rippen 40A, 40B sind sehr dünn und können durch ein galvanisches Verfahren auf der Welle 20 aufgebracht sein. Dabei ist jedoch sowohl die Dicke als auch die Breite der einzelnen Rippen 40A, 40B größer als die Eindringtiefe δ des Werkstoffs der Welle. Der Ersatz der Nuten 22A, 22B durch die nicht magnetischen Rippen 40A bzw. 40B erfordert keinerlei Änderung in der Anordnung des Jochs 24 und der Erregerspulen 26A, 26B wie in Fig. 4 dargestellt. Die nicht magnetischen Rippen 40A, 40B verhindern, daß ein großer Teil des Magnetflusses in der eine der Eindringtiefe δ etwa gleiche Stärke aufweisenden Oberflächenschicht der Welle 20 parallel zur Achse der Welle verläuft, und bewirken, daß ein großer Teil des Magnetflusses parallel zu den Rippen 40A, 40B entlang den sich zwischen diesen erstreckenden Bereichen 41A bzw. 41B verläuft. Dies ermöglicht die Messung eines auf die Welle 20 einwirkenden Drehmoments mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit unter Ausnutzung der vorstehend anhand von Fig. 4 bis 8 erläuterten Effekte.

In einer in Fig. 19 bis 21 dargestellten Ausführungsform sind die in Fig. 4 bis 7 gezeigten Nuten 22A, 22B mit einem nicht magnetischen und vorzugsweise elektrisch hochleitfähigen Werkstoff 44, z. B. Kupfer, ausgefüllt, dessen Oberfläche im wesentlichen bündig mit der zylindrischen Umfangsfläche der Welle verläuft. Das Einbringen der nicht magnetischen Füllungen 44 bewirkt eine weitere Verkleinerung der parallel zur Achse der Welle 20 verlaufenden Komponente des Magnetflusses und eine entsprechende Verstärkung der parallel zu den Nuten 22A, 22B in den Stegen 23A bzw. 23B verlaufenden Komponente des Magnetflusses, und damit eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit für die Messung eines Drehmoments.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 22. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform allein durch die Gestaltung der in den beiden Abschnitten 20a und 20b der Welle 20 ausgebildeten Nuten und Stege. Im Abschnitt 20a der Welle 20 ist hier in der Oberfläche derselben eine Reihe zueinander paralleler Spiralnuten 46A ausgebildet, welche in bezug auf die Längsachse der Welle 20 eine Steigung von 45° haben. Durch die Ausbildung der Spiralnuten 46A ergibt sich die Ausbildung von in der gleichen Richtung verlaufenden, parallelen Stegen 48A. In dem zur Rechten liegenden Abschnitt 20b ist in der Umfangsfläche der Welle 20 eine Reihe von zueinander parallelen Spiralnuten 46B ausgebildet, welche in bezug auf die Längsachse der Welle 20 eine derjenigen der Spiralnuten 46A entgegengesetzte Steigung von 45° haben, und zwischen denen zueinander parallele Stege 48B in derselben Richtung verlaufen. Die Erweiterung der in Fig. 4 gezeigten, relativ kurzen und im wesentlichen linearen Nuten 22A, 22B zu den Spiralnuten 46A bzw. 46B erfordert keine wesentliche Änderung in der Anordnung des zylindrischen Jochs 24 und der Erregerspulen 26A, 26B.

Das Drehmoment-Abgriffsteil nach Fig. 22 arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie das in Fig. 4 Gezeigte und bietet dieselben Vorteile, wobei jedoch die Spiralnuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B im Hinblick auf die Ausschaltung ungünstiger Einflüsse einer ungleichmäßigen Verteilung der Permeabilität in der Welle 20 noch wirksamer sind.

Die Tiefe der Nuten 46A, 46B bzw. der Höhenunterschied zwischen den Stegen 48A, 48B und den Nuten 46A, 46B dürfte gewöhnlich mit etwa 0,5 bis ca. 1,5 mm ausreichend sein, sofern die an die Erregerspulen 26A, 26B gelegte Wechselspannung eine genügend hohe Frequenz hat. Damit ist jedoch keine Begrenzung beabsichtigt. Je nach dem Einfluß des vorstehend erwähnten Wirbelstroms kann die Tiefe der Nuten 46A, 46B auch weniger als 0,5 mm oder mehr als 1,5 mm betragen. Eine Verringerung der Tiefe der Nuten auf weniger als 0,1 mm ist jedoch wegen der sich dabei ergebenden Herabsetzung der Meßempfindlichkeit nicht wünschenswert, wie in Fig. 23 dargestellte Versuchsergebnisse zu erkennen geben. Auf der anderen Seite läßt sich die Empfindlichkeit zwar durch eine Vergrößerung der Tiefe der Nuten 46A, 46B steigern, dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß dies einen erhöhten Aufwand bei der Bearbeitung der Welle erfordert und daß übermäßig tiefe Nuten die Festigkeit der Welle und damit ihre Brauchbarkeit als Maschinenelement ungünstig beeinflussen.

Die Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B können beliebig breit sein, soweit dies zum Hervorbringen der angestrebten geometrischen Anisotropie des Magnetismus zuträglich ist. In dem in Fig. 22 gezeigten Beispiel haben die Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B jeweils die gleiche Breite W von beispielsweise 2 mm. Die Nuten 46A, 46B und die Stege 48A, 48B können jedoch gegebenenfalls auch verschieden breit sein. In einem in Fig. 24 dargestellten Extremfall haben einander abwechselnd benachbarte Nuten 46A (46B) und Stege 48A (48B) ungleichmäßig verschiedene Breiten W1, W2, W3, W4 bzw. W5. Fig. 25 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung betreffend die Abhängigkeit der Drehmoment-Meßempfindlichkeit von der Breite der Nuten 46A, 46B. Es ist zu erkennen, daß sich die Meßempfindlichkeit mit zunehmender Breite der Nuten erhöht. Fig. 26 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung betreffend den Einfluß der Breite der Stege 48A, 48B auf die Drehmoment-Meßempfindlichkeit. Daraus ist zu erkennen, daß die Breite der Stege die Empfindlichkeit nur solange beeinflußt, als sie unterhalb eines ziemlich niedrigen Wertes liegt. Die in Fig. 25 und 26 aufgezeigten Beziehungen erlauben die Bestimmung einer geeigneten Breite der Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B in Abstimmung auf den Durchmesser der Welle 20. In den meisten Fällen ist diese Breite größer als etwa 1 mm, bei sehr dünnen Wellen kann die Mindestbreite jedoch auch etwa 0,1 mm betragen.

In der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform ist die Länge der einzelnen Spiralnuten 46A, 46B jeweils beträchtlich größer als ihre Breite. Unter Einbeziehung der relativ kurzen Nuten 22A, 22B der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind im folgenden die Beziehungen zwischen Länge und Breite der einzelnen Nuten anhand der vereinfachten Darstellungen in Fig. 27 bis 29 erläutert. In Fig. 27 ist die Länge L der einzelnen Nuten 22A, 22B gleich der Breite W derselben. Dementsprechend ist der Querabstand R zwischen benachbarten Nuten 22A einer Reihe gleich dem Längsabstand S. Bei einer solchen Ausgestaltung der Nuten läßt sich eine geometrische Anisotropie des Magnetismus entlang den Nuten nicht hervorbringen. Um die angestrebte geometrische Anisotropie des Magnetismus hervorbringen zu können, muß die Länge L jeder Nut 22A, 22B größer als ihre Breite W sein, wie in Fig. 28A sowie in Fig. 4 und 22 dargestellt, oder auch kleiner als die Breite W, wie Fig. 28B zeigt. Ist ferner der Abstand P zwischen benachbarten Nuten 22A oder 22B einer Reihe in Umfangsrichtung der Welle 20 größer als Null, wie in Fig. 29 dargestellt, dann ist die durch die Nuten 22A oder 22B hervorgebrachte geometrische Anisotropie des Magnetismus ungenügend, selbst wenn die Länge L jeder Nut von der Breite W derselben verschieden ist, da es ein solcher Abstand P ermöglicht, daß der Magnetfluß parallel zur Längsachse der Welle 20 verläuft. Der Umfangsabstand P zwischen benachbarten Nuten einer Reihe ist deshalb vorzugsweise nicht größer als Null. Dies bedeutet, daß die Nuten jeder Reihe vorzugsweise so angeordnet sind, daß eine parallel zur Längsachse der Welle auf der Umfangsfläche derselben verlaufende Gerade in jedem Abschnitt 22a und 22b wenigstens eine Nut und vorzugsweise wenigstens zwei Nuten überschneidet, wie dies bei der Anordnung der Nuten 46A, 46B in der Ausführungsform nach Fig. 22 der Fall ist.

Die vereinfachten Darstellungen in Fig. 30, 31A und 31B dienen der Erläuterung der Beziehungen zwischen der Länge L und der Breite B der Stege 23A, 23B in Fig. 4. Ist die Länge L gleich der Breite W, wie in Fig. 30 dargestellt, dann ist der Querabstand R′ zwischen zwei benachbarten Stegen 23A oder 23B einer Reihe gleich dem Längsabstand S′. Mit einer solchen Ausgestaltung der Stege läßt sich die angestrebte geometrische Anisotropie des Magnetismus nicht erzielen. Deshalb muß die Länge L der einzelnen Stege 23A, 23B größer sein als ihre Breite W, wie in Fig. 31A sowie in Fig. 4 und 22 dargestellt, oder aber kleiner als die Breite W, wie in Fig. 31B zu erkennen.

Wie man in Fig. 32 erkennt, sind die Kanten und Ecken der Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B der Ausführungsform nach Fig. 22 (und die entsprechenden Bereiche der Ausführungsform nach Fig. 4) vorzugsweise gerundet, um die Bearbeitung zu erleichtern und einer Kerbwirkung vorzubeugen. Die Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B können auch, wie in Fig. 33 dargestellt, eine vollständig gerundete Form erhalten, um einem durch Kerbwirkung hervorgerufenen Bruch der Welle vorzubeugen und die Bearbeitung noch weiter zu erleichtern.

Die Bearbeitung der Welle 20 zur Ausbildung der Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B oder der Nuten und Stege der Ausführungsform nach Fig. 4 kann nach herkömmlichen Verfahren erfolgen, z. B. durch mechanisches Zerspanen oder elektrische Funkenerosion. Eine spanlose Bearbeitung ist ebenfalls möglich, wobei Walzen den Vorzug verdient, da das durch Walzen hervorgerufene plastische Fließen des Werkstoffs der Welle eine Ausrichtung des Kristallgefüges bewirkt und dadurch die magnetische Anisotropie verstärkt. Bei der Bearbeitung durch Walzen können die Spiralnuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B die in Fig. 34 dargestellte Querschnittsform erhalten.

Nach der Bearbeitung zur Ausbildung der Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B wird die Welle 20 vorzugsweise wenigstens einer Art einer Wärmebehandlung unterworfen, z. B. karburiert, oder einsatzgehärtet. Eine solche Wärmebehandlung dient dazu, die Festigkeit der Welle 20 zu erhöhen und die magnetischen Eigenschaften der Welle zu stabilisieren. Insbesondere des Karburieren der Welle 20 bewirkt eine Verringerung der Hysterese, wie aus einem in Fig. 35 dargestellten Untersuchungsergebnis hervorgeht. Beim Karburisieren wird die Behandlungstiefe zweckmäßig auf etwa 0,1 bis 1,5 mm eingestellt. Eine Einstellung der Behandlungstiefe beim Karburisieren auf weniger als 0,1 mm ist nur schwer bewerkstelligbar. Außerdem beträgt die Hysterese bei einer nur bis zu einer derart geringen Tiefe karburierten Welle bis zu 15 bis 20%. Dies bedeutet, daß ein solch flaches Karburieren im Hinblick auf die Auswirkung auf die Hysterese einem einfachen Einsatzhärten gleichzustellen ist. Andererseits ist das Karburieren zu einer Tiefe von mehr als 1,5 mm unwirtschaftlich, da es sehr lange Zeit beansprucht und keine weitere nennenswerte Verringerung der Hysterese erbringt. Wie in Fig. 36 dargestellt, wird die Welle 20 vorzugsweise bis zu einer solchen Tiefe karburiert, daß die karburierte Schicht 50 in den Stegen 48A, 48B jeweils wenigstens 10% der Querschnittsfläche des Stegs einnimmt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß das Verhältnis zwischen der Dicke T der karburierten Schicht 50 zur Gesamthöhe jedes Steges 46A, 46B vorzugsweise nicht kleiner als 0,1 ist. Bei einer geringeren Tiefe der karburierten Schicht 20 bleibt die Hysterese der karburierten Welle 20 noch immer größer als 15%.

Bei der in Fig. 22 gezeigten Vorrichtung ist die Länge jeder Erregerspule 26A, 26B in Längsrichtung der Welle 20 ungefähr gleich der Länge des jeweiligen mit Nuten versehenen Abschnitts 20a bzw. 20b der Welle 20. Dies stellt den Idealfall dar. In der Praxis bewirken jedoch geringfügige Längsversetzungen der Spulen 26A, 26B durch Ungenauigkeiten bei der Montage der Vorrichtung eine Verschiebung des Nullpunkts des Ausgangssignals. Aus diesem Grunde verdient die in Fig. 37 gezeigte Anordnung den Vorzug. Die Länge z der beiden mit Nuten versehenen Abschnitte 20a, 20b ist hier größer als die Länge x der jeweiligen Erregerspule 26A bzw. 26B, und vorzugsweise auch größer als die Länge y des Jochs 24 der jeweiligen 26A bzw. 26B. Bei einer solchen Anordnung zeigt das Ausgangssignal der Torsionsmeßvorrichtung keine Abweichung des Nullpunkts, selbst wenn sich bei der Ausrichtung der jeweiligen Spulen 26A, 26B um die Nuten 46A bzw. 46B und Stegen 48A bzw. 48B versehenen Abschnitte herum ein geringfügiger Fehler einstellt. Als Alternative bietet sich die in Fig. 38 dargestellte Anordnung an. Hier ist die Länge z der beiden mit Nuten versehenen Abschnitte 20a, 20b kleiner als die Länge x der jeweiligen Spule 26A bzw. 26B. Im Hinblick auf die Torsionsmeßempfindlichkeit ist es aber zweckmäßig, wenn die Länge z der mit den Nuten 46A, 46B und Stegen 48A, 48B versehenen Abschnitte größer ist als die Länge y des Jochs 24 der jeweiligen Spule 26A bzw. 26B, da ein vergrößerter Oberflächenbereich der Welle 20 dazu beiträgt, die geometrische Anisotropie des Magnetismus herbeizuführen.

In den in Fig. 4 und 22 gezeigten Ausführungsbeispielen dient das jeweils dort vorgesehene Joch 24 dazu, die Empfindlichkeit der Vorrichtung durch Bündelung der Kraftlinien des Magnetfelds zu verbessern. Je nach der Stärke des Erregerstroms kann das Joch 24 jedoch auch weggelassen werden.

Anstelle der Verwendung der in Fig. 8 gezeigten elektrischen Schaltung ist es auch möglich, ein Paar Sondenspulen zu verwenden, welche durch Messung von durch Änderungen des Magnetflusses in der Welle hervorgerufenen Änderungen der elektromotorischen Kraft ein der Größe des Drehmoments entsprechendes Ausgangssignal erzeugen.

Beispiel

Untersucht wurde eine Torsionsmeßvorrichtung mit einem Abgriffsteil der in Fig. 22 gezeigten Art und einer elektrischen Schaltung nach Fig. 8.

Als Welle 20 diente eine einen Durchmesser von 20 mm aufweisende zylindrische Stange aus Nickel-Chrom-Molybdänstahl (SNCM 420 gemäß JIS). Die Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B verliefen in Schraubenlinien oder Spiralform wie in Fig. 22 dargestellt. Die Tiefe der Nuten 46A, 46B gegenüber der angrenzenden Stegoberfläche betrug 1 mm. Die Nuten 46A, 46B und Stege 48A, 48B jedes Abschnitts verliefen in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Welle 20 geneigt. In Längsrichtung der Welle betrug die Länge LA jedes mit den Nuten versehenen Abschnitts 20a, 20b 10 mm, und der Abstand D zwischen den Abschnitten 20a, 20b betrug 5 mm. Die Breite der Nuten 46A, 46B sowie der Stege 48A, 48B betrug jeweils 2 mm. Die mit den Nuten versehene Welle 20 wurde durch Wärmebehandlung karburiert. Die Tiefe der karburierten Schicht betrug etwa 0,9 mm unter Zugrundelegung einer Vickers-Härte (Hv) von 550. Für die Messung des Drehmoments verwendbare magnetische Effekte traten deshalb nahezu ausschließlich in der karburierten Schicht in Erscheinung.

Die Wicklung der Erregerspulen 26A, 26B bestand jeweils aus vierundvierzig Windungen eines 0,6 mm starken Kupferdrahts, und die Spalte 25 zwischen der Welle 20 und den Spulen 26A, 26B mit dem jeweiligen Joch 24 hatten eine Breite von 1 mm. Die Wicklungen der beiden Spulen 26A, 26B waren so angeschlossen, daß die von ihnen erzeugten Magnetfelder gleichsinnig ausgerichtet waren. Die in bezug auf die mit den Nuten versehenen Abschnitte 20a, 20b der Welle 20 gleichsinnige Ausrichtung der durch die Erregerspulen 26A bzw. 26B erzeugten Magnetfelder erfolgte mit dem Ziel einer Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit. Für die Messung eines auf die Welle 20 ausgeübten Drehmoments T wurde unter Verwendung des in Fig. 8 gezeigten Oszillators 34 eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 30 kHz an die Spulen 26A, 26B gelegt.

Bei Arretierung der Welle 20 in einem gegebenen Drehwinkel zeigte die Torsionsmeßvorrichtung die in Fig. 39 dargestellte Ausgangscharakteristik. Zunächst wurde das Ausgangssignal im unbelasteten Zustand der Welle durch Abgleichen der Brückenschaltung nach Fig. 8 mittels des Regelwiderstands 32 auf 0 mV eingestellt. Im Anschluß daran war keine Änderung des Nullpunkts zu beobachten. Bei Drehung der Welle 20 um ihre Längsachse zeigte die Torsionsmeßvorrichtung die in Fig. 40 dargestellte Ausgangscharakteristik. Wie man in dieser Figur erkennt, war bei einer vollen Umdrehung der Welle 20 keine Änderung des Nullpunkts zu beobachten, und die Beziehung zwischen der Größe des Drehmoments und der Spannung des Ausgangssignals wurde nicht im geringsten vom jeweiligen Drehwinkel der Welle 20 beeinflußt.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen eines auf eine in einem Oberflächen-Abschnitt aus einem magnetischen Werkstoff gefertigte Welle ausgeübten Drehmoments, mit einer nahe der Welle angeordneten Erregerspule zum Erzeugen eines Magnetkreises, in welchem der Magnetfluß durch den Abschnitt der Welle verläuft, mit einer Fühleinrichtung zum Erfassen einer durch ein auf die Welle ausgeübtes Drehmoment hervorgerufenen magnetostriktiven Änderung in dem Abschnitt der Welle, und mit einer Reihe von mit der Welle einstückigen länglichen und zueinander parallelen Stegen und Nuten zur Ausrichtung des Magnetflusses welche in dem Abschnitt in einem vorbestimmten Winkel zur Längsachse der Welle verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (50) der Welle (20) in dem Abschnitt (20a, 20b) bis zu einer Tiefe von 0,1 bis 1,5 mm derart karburiert ist, daß in jedem der Stege (23A, 23B; 48A, 48B) die gehärtete Oberflächenschicht (50) eine Tiefe (T) von mindestens 0,1 der Höhe (H) des Steges einnimmt, und daß der Höhe (H) der Stege über den Nuten (22A, 22B; 46A, 46B) im Bereich von 0,1 bis 1,5 mm liegt, wobei die Frequenz der an die Erregerspule gegebenen (26A, 26B) Wechselspannung zwischen 1 und 100 kHz liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Oberflächenschicht (50) der Welle (20) karburiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite eines jeden Steges und jeder Nut mindestens 0,1 mm und vorzugsweise mehr als 1 mm ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Stege und Nuten gerundet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung der Welle (20) die Länge des Abschnitts (20a, 20b) der Welle (20), in dem eine Reihe der Stege und Nuten ausgebildet ist, sich von der Länge der um diesen Abschnitt herum angeordneten Erregerspule (26A, 26B) unterscheidet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (22A, 22B; 46A, 46B) mit einem nicht magnetischen Werkstoff (44) ausgefüllt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht magnetische Werkstoff (44) ein elektrisch leitender Werkstoff ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege und Nuten (46A, 46B) spiralförmig verlaufen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (Fig. 8) eine Wechselspannungs-Brückenschaltung aufweist, die die mindestens eine Erregerspule (26A, 26B) und einen diagonal angeordneten, änderbaren Widerstand für den Brückenabgleich aufweist.