DE3844579C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehmomentmeßgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung bestehend aus wenigstens zwei Trommeln, die mit einer magnetischen Sensoreinrichtung verbunden sind und die voneinander beabstandet antriebs- und lastseitig auf Drehwellen befestigt sind, zwischen denen eine deformierbare Welle angeordnet ist, ist durch die US-PS 41 50 566 bekannt geworden. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, bei der die Sensoreinrichtung dreieckförmige Signale liefert, wird bei dem genannten Meßgerät der Torsionswinkel aus der Phasendifferenz von zwei Impulszügen mit annähernd rechtecksförmigen Impulsen ermittelt.

Ein weiteres bekanntes Drehmomentmeßgerät ist in der US-PS 35 38 762 beschrieben. Über magnetische Sensoren wird von einer Welle antriebs- und lastseitig je eine im wesentlichen sinusförmige Signalfolge hergeleitet. Der Phasenunterschied der beiden Signalfolgen ist dem zu messenden Drehmoment proportional. Die beiden Signalfolgen werden zur Feststellung des Phasenunterschieds jeweils einem zugeordneten Nulldurchgangsdetektor zugeführt, an den sich eine Differentiationsschaltung anschließt. Beim Nulldurchgang einer Signalfolge wird dabei ein dreieckförmiges Signal gebildet. Die auf solche Weise markierten Nulldurchgänge jeder Signalfolge dienen nun dazu, den zeitlichen Abstand zwischen den Nulldurchgängen jeder Signalfolge zu bestimmen. Eine weitere Signalfolge, die von einem Sensor, der zwischen den beiden vorgenannten angeordnet ist, erzeugt wird, dient der Kompensation von Ausrichtungsfehlern. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung benötigt das beschriebene Meßgerät umfangreiche zusätzliche Impulsformungsschaltungen zur Bildung von dreieckförmigen Signalfolgen.

Durch die DE 32 13 589 C2 ist ein Drehmomentmeßfühler bekannt geworden, bei dem wie bei der vorliegenden Erfindung von magnetoresitiven Elementen Gebrauch gemacht wird. Aber auch bei diesem Meßfühler werden keine dreiecksförmigen Ausgangssignale von der magnetischen Sensoreinrichtung geliefert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Drehmomentmeßgerät mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen zu schaffen, mit dem bei geringem Aufwand eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erzielen ist und mit dem auch bei Stillstand des Meßgeräts gemessen werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Drehmomentmeßgeräts nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Abwälzung der magnetisierbaren Oberfläche einer Drehtrommel und die Lage der magnetoresistiven Elemente;

Fig. 4 ein Signalverlauf der Ausgangsspannung eines magnetischen Sensors;

Fig. 5 die Anschlüsse der magnetoresistiven Elemente; und

Fig. 6 zwei dreiecksförmige Ausgangsspannungen.

Bekannte Ausführungsformen eines Drehmomentmeßgeräts basieren auf der Annahme, daß der magnetische Sensor sinusförmige Ausgangssignale erzeugt. Jedoch haben tatsächliche Magnetsensoren Ausgangssignale, die eine Vielzahl von ungeradzahligen Harmonischen aufgrund der Sättigung der Widerstandsvariation der magnetoresistiven Elemente (MR-Elemente) beinhalten, wobei sinusförmige Ausgangssignale schwierig zu erhalten sind, soweit sie nicht in besonderer Art aufgeteilt werden. Die Anordnung einer Drehtrommel 202 mit einer magnetisierbaren Oberfläche 203 und eines Magnetsensors 204 gemäß den Fig. 2 und 3 führt zu der Signalform des Widerstandsverlaufes der MR-Elemente R 1 und R 2 gemäß Fig. 4, wenn das auf der Drehtrommel 202 aufgezeichnete Magnetsignal und der Abstand zwischen der Drehtrommel 202 und dem Magnetsensor 204 in geeigneter Weise so gewählt sind, daß die MR-Elemente R 1 und R 2 eine in den Sättigungsbereich gehende Widerstandsvariation haben. Die MR-Elemente sind angeschlossen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, so daß ihr Ausgangssignal E _{A 1} eine dreieckförmige Signalform hat, wie dies bei (A) in Fig. 6 gezeigt ist. Das Dreieckssignal variiert linear gegenüber dem magnetischen Signal auf der Drehtrommel, d. h. in einer Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen dem Drehwinkel und dem Analogwert des Ausgangssignales E _{A 1}, wodurch eine Winkelerfassung sehr genau wird. Auf ähnliche Weise erzeugt die Trommel 202′ das Ausgangssignal E _{A 2}, das bei (B) in Fig. 6 gezeigt ist und vereinfacht die Erfassung des Winkels aufgrund der Ausgangssignale der beiden magnetischen Sensoren 204 und 204′.

Bei der Struktur dieses Ausführungsbeispieles wird das Drehmomentmeßgerät durch Drehtrommeln gebildet, die magnetisierbare Flächen haben, auf denen Magnetsignale aufgezeichnet sind, und durch einen magnetischen Sensor, der aus einem Feld von MR-Elementen besteht, um dreieckförmige Ausgangssignale zu erzeugen, so daß das Drehmoment sogar bei Stillstand genau gemessen werden kann. Der magnetische Sensor hat eine konstante Ausgangsamplitude unabhängig von der Drehzahl, was die Verarbeitungsschaltung vereinfacht. Die Verwendung eines Magnetismus ist vorteilhaft aufgrund ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Dreck und Staub, wodurch ein äußerst zuverlässiges Drehmomenterfassungsgerät realisiert wird.

Claims (1)

1. Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung (202-204; R), bestehend aus mehreren Trommeln (202, 202′), die voneinander beabstandet antriebs- bzw. lastseitig auf einer Drehwelle (201) befestigt sind und die magnetisierbare Oberflächen (203, 203′) aufweisen, denen gegenüber magnetoresistive Elemente (R, 204) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet,
   daß die magnetoresistiven Elemente (R 1, R 2) der Sensoreinrichtung (202-204, R) durch die auf den Trommeln aufgebrachte Magnetisierung bis in den Sättigungsbereich gesteuert sind,
   daß jeder Trommel (202, 202′) jeweils zwei magnetoresistive Elemente (R 1, R 2) gegenüberstehen,
   daß jeweils die zwei einer Trommel (202, 202′) gegenüberstehenden Elemente (R 1, R 2) einen Spannungsteiler (Fig. 5) bilden, an dessen Verbindungspunkt der zwei magnetoresistiven Elemente (R 1, R 2) eine im wesentlichen dreiecksförmige Ausgangsspannung (E _{A 1}, E _{A 2}) als Funktion des Drehwinkels der Trommeln (202, 202′) liegt, und
   daß der Torsionswinkel (R), um den die beiden Trommeln (202, 202′) gegeneinander verdreht sind, aus der Phasenverschiebung der dreiecksförmigen Ausgangssignale (E _{A 1}, E _{A 2}) ermittelt wird.