DE3844580C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Drehmomentmeßgerät nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs.
Ein Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung,
bestehend aus wenigstens zwei Trommeln, die mit der 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 bekanntgeworden. Im Gegensatz zur vorliegenden
Erfindung werden dort durch die magnetische Sensoreinrichtung
impulsförmige Signale ausgegeben.
Durch die DE 32 13 589 C2 ist ein Drehmomentmeßfühler bekannt
geworden, bei dem wie beim Anmeldungsgegenstand magnetoresistive
Elemente angewendet werden. Bei dem beschriebenen Meßfühler
wird jedoch im Gegensatz zum Anmeldungsgegenstand das Drehmoment
aus dem zeitlichen Abstand des Eintreffens von Meßimpulsen
ermittelt.
Bei den bekannten Drehmomentmeßgeräten werden die von den magnetischen
Sensoreinrichtungen gelieferten Signale in sinusförmige Ausgangssignale oder rechteckförmige
Signale umgewandelt um auf einfache Weise den Drehwinkel der Trommeln
zu bestimmen. Dazu werden in aller Regel aufwendige Signalformer
schaltungen eingesetzt, die insbesondere auf Pegelschwankungen
der ursprünglichen Signale fehlerhaft reagieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Drehmomentmeßgerät anzugeben, das die Merkmale des Oberbegriffs
des Patentanspruchs aufweist, das zuverlässig und betriebssicher
Ausgangssignale der magnetischen Sensoreinrichtung mit
weitgehend beliebiger Kurvenform verarbeiten kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Drehmomentmeßgeräts;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Abwälzung der magnetisierbaren
Oberfläche einer Trommel mit Angabe des Widerstands
verlaufs bei den magnetoresistiven Elementen;
Fig. 4 den Anschluß der magnetoresistiven Elemente;
Fig. 5 Diagramme der Ausgangssignale magnetischen Sensoren; und
Fig. 6 eine Auswertungsschaltung.
Die Ausgangssignalformen, die durch die magne
tischen Sensoren erzeugt werden, sind aufgrund der
vielen Harmonischen in vielen Fällen verzerrt. Nachfol
gend wird ein praktisches Ausführungsbeispiel beschrie
ben, das ein verzerrtes Signal fehlerfrei
verarbeitet.
In Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Drehmomentmeßgeräts
mit zwei Trommeln 202, 202′ gezeigt. Die Trommeln haben eine
magnetisierbare Oberfläche 203, 203′. Gegenüber diesen sind
mangetoresistive Elemente 204, 204′ angeordnet. In Fig. 3
ist eine Abwälzung der Oberfläche 203 der Trommel 202 abgebildet.
Die Fig. 3 zeigt typische Widerstandsveränderungen der
magnetoresistiven Elemente (MR-Elementes) R 1, R 2
in den Magnetsensoren 204 und 204′, wobei eine Sätti
gung durch das Magnetfeld auf der Drehtrommel 202 vor
liegt. Die MR-Elemente R 1 und R 2 sind angeschlossen, wie
dies in Fig. 4 gezeigt ist, wobei ihre Ausgangssignale
E A 1 verzerrt sind, wie dies durch (A) in Fig. 5 gezeigt
ist. Auf ähnliche Weise erzeugen die Drehtrommel 202′
und der magnetische Sensor 204′ ein Ausgangssignal E A 2,
das verzerrt ist, wie dies durch (B) in Fig. 5 gezeigt
ist. Der analoge Wert des verzerrten Signales hat keine
direkte Beziehung zu dem Drehwinkel der Drehtrommel im Ge
gensatz zu einem sinusförmigen Signal.
Fig. 6 zeigt eine Technik zum Messen des Drehwinkels der
Drehtrommel für eine verzerrte Signalform. Die Magnetsen
soren 204 und 204′ erzeugen zwei-phasige Ausgangssignale mit
einer 90°-Phasendifferenz. Die Signale werden durch Verstär
ker AM 1, AM 2 zu Analog-Digital-Wandlern AD 1, AD 2 zugeführt,
wobei die sich ergebenden Ausgangssignale dem Adreßeingang
von Festwertspeichern (ROMs) RO 1, RO 2 zugeführt werden. Die
ROMs sind vorab mit einer Aufzeichnung versehen, die in Be
ziehung zur Amplitude des Analogsignals und dem durch die
Analyse der Ausgangssignalform von den Magnetsensoren 204
und 204′ erhaltenen Winkel steht.
Die Ausgangssignale der ROMs RO 1, RO 2 werden dem Mikrocompu
ter MC zugeführt, der die Drehwinkel der Trommeln aufgrund
dieser Signale berechnet und ferner das Drehmoment aufgrund
der Winkeldifferenz der beiden Trommeln (202, 202′) be
stimmt. Der Mikrocomputer MC berechnet ferner die Trommel
geschwindigkeit aufgrund der Ausgangssignale der magneti
schen Sensoren.
Die Erfindung ermöglicht bei beliebig verzerrten Signalfor
men der Magnetsensoren eine genaue Drehmomenterfassung.
Hierbei werden die Ausgangs
signale der Magnetsensoren analysiert und eine Bezie
hung zwischen dem Analogsignalwert und dem Drehwinkel wird
vorab in dem Speicher gespeichert, so daß die Signale
des Magnetsensors nicht einer besonderen Formung
unterworfen werden müssen.
Claims (1)
- Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung (204, 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 magneto resistive Elemente (R; 204, 204′) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetoresistiven Elemente (R 1, R 2) der Sensorein richtung (204, 204′; R) durch die auf den Trommeln aufge brachte Magnetisierung bis in den Sättigungsbereich ge steuert sind,
daß jeder Trommel (202, 202′) jeweils zwei magnetoresistive Elemente (R 1, R 2) gegenüberstehen,
daß jeweils zwei einer Trommel gegenüberstehende Elemente (R 1, R 2) einen Spannungsteiler (Fig. 4) bilden, an dessen Verbindungspunkt der zwei magnetoresistiven Elemente (R 1, R 2) eine im wesentlichen dreieckförmige Ausgangsspannung (E A 1, E A 2) als Funktion des Drehwinkels der Trommeln (202, 202′) liegt,
daß die annähernd dreiecksförmigen Ausgangsspannungen (E A 1, E A 2) nach analog/digitaler Wandlung (AD 1, AD 2) als Adreß signale jeweils einem Festwertspeicher (RO 1, RO 2) zugeführt sind,
daß die Festwertspeicher (RO 1, RO 2) vorab mit einer Auf zeichnung versehen sind, die in Beziehung zur Amplitude des Analogsignals und dem durch die Analyse der Ausgangssignal form von den Magnetsensoren (204, 204′) erhaltenen Winkel steht, so daß aufgrund der Adressensignale von den Festwert speichern (RO 1, RO 2) Werte ausgegeben werden, die dem Dreh winkel der zugeordneten Trommel (202, 202′) entsprechen, und daß der Torsionswinkel (R) aus der Differenz der Drehwinkel der beiden Trommeln (202, 202′) bestimmt ist.
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