DE3844580C2 - - Google Patents

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)

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.