DE4013429A1 - Spannungsdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsdetektor zum Erfassen von Verformungen einer getriebenen, rotierenden Welle, auf die ein äußeres Drehmoment oder eine äußere Kraft wirkt.

Ein Beispiel für einen bekannten Spannungsdetektor ist in der JP-OS 57-2 11 030 beschrieben und in der Fig. 8 der anliegenden Zeichnung gezeigt. Bei dieser Anordnung besteht eine getriebene, rotierende Welle 40, deren Verformung erfaßt werden soll, aus einem nichtmagnetischen Material. Die Welle 40 ist, damit sie sich um ihre Mittelachse 46 drehen kann, durch zwei Lager 41 und 42 abgestützt. Die Lager 41 und 42 sind ebenfalls aus nichtma­ gnetischem Material, sie sitzen in Halterungen 43 bzw. 44, die jeweils auch aus nichtmagnetischem Material bestehen. Am äußeren Umfang der Welle 40 ist fest eine magnetische Schicht 45 aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität ange­ bracht. Die magnetische Schicht 45 besteht aus einer Anzahl von parallelen Streifen, die bezüglich der Mittelachse 46 unter einem Winkel von -45 Grad verlaufen. Um die Welle 40 ist ein Spulenkörper 47 aus einem nichtmagnetischen, isolierenden Mate­ rial angeordnet, der sich auf den Halterungen 43 und 44 ab­ stützt. Um den Spulenkörper 47 ist eine Erfassungsspule 48 mit zwei Spulenabschnitten 48 a und 48 b gewickelt.

Wenn ein äußeres Drehmoment oder eine äußere Kraft auf die ge­ triebene Welle 40 einwirkt, wird die magnetische Schicht 45 verformt, wodurch sich die Permeabilität der Welle 40 ändert. Die Erfassungsspule 48 stellt eine Änderung der Permeabilität der magnetischen Schicht 45 als eine Änderung in der magneti­ schen Impedanz fest, und eine Erfassungsschaltung erfaßt und verstärkt das entsprechende Ausgangssignal.

Wenn jedoch bei dieser Anordnung auf den Spannungsdetektor von außen ein magnetisches Störfeld einwirkt, dringt dieses Störfeld auch zur Innenseite der Erfassungsspule 48 vor. Da die Welle 40, die Lager 41 und 42 und die Halterungen 43 und 44 aus nichtma­ gnetischem Material bestehen, verlaufen die magnetischen Fluß­ linien solcher Störfelder auch durch die magnetische Schicht 45. Der magnetische Arbeitspunkt dieser Schicht wird dabei verscho­ ben, so daß ein Fehler im Ausgangssignal entsteht. Es werden daher die Ausgangssignale der Spulenabschnitte 48 a und 48 b der Erfassungsspule 48 differentiell verstärkt, um Einflüsse von ma­ gnetischen Störfeldern auszuschließen. Da die magnetischen Ei­ genschaften der Anordnung jedoch nicht symmetrisch sind, werden von den Störfeldern herrührende Fehler nicht vollständig aufge­ hoben, und es kann kein sehr hoher Grad an Genauigkeit und an einer stabilen Erfassung einer Verformung erhalten werden.

Ein weiteres Beispiel für einen bekannten Spannungsdetektor ist in der Fig. 9 der Zeichnung gezeigt. Gemäß Fig. 9 ist eine ge­ triebene, rotierende Welle 1 mittels Lagern 3 und 4 um eine Mit­ telachse 2 drehbar gelagert. Ein Paar von länglichen magneti­ schen Schichten 5 und 6 aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität und geeigneter Magnetostriktion ist fest am äußeren Umfang der Welle 1 in axialem Abstand voneinander ange­ bracht. Jede der magnetischen Schichten 5 und 6 besteht aus einer Anzahl von parallelen Streifen, die bezüglich der Mittel­ achse unter einem Winkel von +45 Grad bzw. -45 Grad verlaufen. Auf den Lagern 3 und 4 stützt sich ein zylindrischer Spulenkör­ per 7 ab, der sich konzentrisch zu der Welle 1 um die magneti­ schen Schichten 5 und 6 erstreckt. Entsprechend den magnetischen Schichten 5 und 6 ist auf dem Spulenkörper 7 ein Paar von Erfas­ sungsspulen 8 und 9 angeordnet. Die Erfassungsspulen 8 und 9 sind mit einer Erfassungsschaltung 14 verbunden. Um die Erfas­ sungsspulen 8 und 9 ist jeweils ein Joch 10 bzw. 11 aus einer PC-Permalloy-Legierung mit etwa 80 Gewichtsprozent Nickel vor­ gesehen. Um den äußeren Umfang der Joche 10 und 11 ist eine gemeinsame erste, nichtmagnetische Abschirmung 12 aus einem nichtmagnetischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer oder Aluminium angeordnet. Um die erste Abschirmung 12 verläuft eine zweite, magnetische Abschirmung 13 aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität wie PC-Perm­ alloy.

Bei dieser Anordnung eines Spannungsdetektors wird, wenn ein äußeres Drehmoment oder eine äußere Kraft auf die Welle 1 ein­ wirkt, in einer der magnetischen Schichten 5 und 6 eine Zug­ spannung erzeugt, während die andere dieser Schichten einer Druckspannung unterliegt, wodurch die magnetischen Schichten 5 und 6 verformt werden. Durch die Magnetostriktion der magne­ tischen Schichten 5 und 6 wird bei einer Verformung eine Ände­ rung der Magnetisierung in den einzelnen Domänen bewirkt, wo­ durch sich die Permeabilität der magnetischen Schichten 5 und 6 ändert. Dabei ändert sich die Permeabilität in entgegengesetzte Richtungen, abhängig davon, ob die Verformung durch eine Zug­ spannung oder eine Druckspannung erzeugt wird. Eine Änderung in der Permeabilität der magnetischen Schichten 5 und 6 wird von den Erfassungsspulen 8 und 9 als Änderung der magnetischen Impe­ danz erfaßt. Der Erfassungsschaltung 14 werden daher von den Erfassungsspulen 8 und 9 entsprechende Signale zugeführt, so daß die Erfassungsschaltung 14 eine Detektorspannung V abgeben kann, die dem Ausmaß der Verformung der Welle 1 entspricht. Die Joche 10 und 11 bewirken eine Verdichtung der von den Erfassungsspulen 8 und 9 erzeugten magnetischen Flußlinien und verhindern damit ein Austreten der Flußlinien aus dem Spannungsdetektor, wodurch die Empfindlichkeit des Detektors erhöht wird. Aufgrund der ersten Abschirmung 12 aus einem nichtmagnetischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist die Eindringtiefe von äuße­ ren magnetischen Wechselfeldern auf einen sehr kleinen Wert reduziert. Die äußere Abschirmung 12 trennt somit innere und äußere Magnetfelder voneinander. So wird einerseits die Ausbrei­ tung des inneren Magnetfeldes verhindert, wodurch die Empfind­ lichkeit des Detektors verbessert wird. Gleichzeitig wird ein Eindringen äußerer Magnetfelder in den Spannungsdetektor verhin­ dert, wodurch die Rauscheigenschaften des Detektors erheblich verbessert werden. Die zweite Abschirmung 13 aus PC-Permalloy verhindert darüberhinaus das Eindringen von äußeren, sich nicht ändernden magnetischen Gleichfeldern in den Detektor.

Da die Abschirmung 12 bei dieser Anordnung jedoch einen einfa­ chen zylindrischen Aufbau hat, kann sie das axiale Eindringen von äußeren magnetischen Wechselfeldern und das axiale Austreten des inneren magnetischen Feldes in bzw. aus dem Spannungsdetek­ tor nicht vollständig verhindern. Durch die magnetischen Schich­ ten 5 und 6 verlaufen daher immer noch die Feldlinien äußerer Magnetfelder, insbesondere von magnetischen Gleichfeldern. Der Arbeitspunkt der magnetischen Schichten 5 und 6 wird dabei ver­ schoben, so daß die Erfassung von Verformungen mit Fehlern be­ haftet ist und außerdem die Empfindlichkeit des Spannungsdetek­ tors herabgesetzt ist. Wenn die Erfassungsspulen 8 und 9 zu nahe beieinander angeordnet werden, tritt darüberhinaus eine magne­ tische Wechselwirkung dazwischen auf, die ebenfalls Fehler in der Erfassung von Verformungen hervorruft. Eine Miniaturisierung des Spannungsdetektors ist daher nicht gut möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannungsdetektor zu schaf­ fen, bei dem ein Einfluß von magnetischen Störfeldern ausge­ schlossen ist, so daß eine genaue und stabile Erfassung der Verformung einer getriebenen Welle sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Spannungs­ detektor zum Erfassen der Verformung einer getriebenen Welle, auf die eine äußere Kraft einwirkt, der eine magnetische Schicht aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität und geeigneter Magnetostriktion, die fest am äußeren Umfang der Welle angebracht ist, ein Paar von Lagern oder Lagerungen aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität zur drehbaren Aufnahme der Welle, eine um die magnetische Schicht zur Erfassung einer Änderung der Permeabilität davon, die aus einer Verformung der magnetischen Schicht entsteht, die von einer äußeren Kraft auf die Welle verursacht wird, angeordnete Erfassungsspule, und eine um den äußeren Umfang der Erfassungs­ spule angeordnete Abschirmung aufweist, die an ihren axial gegenüberliegenden Enden magnetisch mit den Lagern bzw. Lager­ sitzen verbunden ist.

Da die Lager bzw. Lagersitze bei dem erfindungsgemäßen Span­ nungsdetektor aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität bestehen und die Abschirmung an ihren axial gegen­ überliegenden Enden damit magnetisch verbunden ist, werden die inneren und äußeren magnetischen Felder durch die Abschirmung voneinander getrennt, wodurch ein Eindringen eines äußeren ma­ gnetischen Feldes und ein Ausbreiten des inneren magnetischen Feldes nach außen sicher verhindert werden kann.

Die Abschirmung kann aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität oder aus einem nichtmagnetischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit bestehen und an ihren entgegengesetzten Enden jeweils einen derart radial nach innen zeigenden Flansch aufweisen, daß in einer Schnittebene, die durch die Mittelachse und eine Radiallinie definiert wird, ein U-förmiger Querschnitt entsteht. Mit einer solchen U-förmigen Abschirmung werden die inneren und äußeren magnetischen Felder nicht nur in diametrischer, sondern auch in axialer Richtung der Welle voneinander getrennt. Das Eindringen eines äußeren Magnet­ feldes und das Ausbreiten des inneren Magnetfeldes in bzw. aus dem Spannungsdetektor wird dabei sicher vermieden.

Die magnetische Trennung von äußeren und inneren Magnetfeldern und auch der beiden Erfassungsspulen erhöhen die Empfindlichkeit des Detektors und verbessern dessen Rauschverhalten. Darüberhi­ naus wird eine Miniaturisierung des Spannungsdetektors möglich.

Ausführungsbeispiele des Spannungsdetektors werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausfüh­ rungsform eines Spannungsdetektors;

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 schematisch eine Teil-Schnittansicht einer dritten Aus­ führungsform;

Fig. 4 und 5 entsprechende Ansichten einer vierten bzw. fünften Ausführungsform;

Fig. 6 eine entsprechende Ansicht einer sechsten Ausführungs­ form;

Fig. 7a, 7b und 7c Schnittansichten zur Darstellung verschie­ dener Methoden zur Ausbildung einer magnetischen Ab­ schirmung für den Spannungsdetektor der Fig. 6;

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Spannungsdetektors; und

Fig. 9 eine entsprechende Ansicht einer zweiten Form eines herkömmlichen Spannungsdetektors.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Spannungsde­ tektors. Der Spannungsdetektor ist dafür vorgesehen, die Ver­ formung einer getriebenen, rotierenden Welle 1 festzustellen, die um eine Mittelachse 2 drehbar ist und dazu von zwei Lagern 16 und 17 abgestützt wird, die aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität wie PC-Permalloy oder reinem Eisen bestehen. Der Spannungsdetektor beinhaltet erste und zweite magnetische Schichten 5 und 6 aus einem weichmagnetischen Material hoher Permeabilität und geeigneter Magnetostriktion, die fest am äußeren Umfang der Welle 1 angebracht sind und die voneinander in axialer Richtung der Welle 1 einen Abstand auf­ weisen. Jede der magnetischen Schichten 5 und 6 besteht aus einer Anzahl von parallelen Streifen, wobei die Streifen der ersten magnetischen Schicht 5 bezüglich der Mittelachse 2 unter einem Winkel von +45 Grad verlaufen, während die Streifen der zweiten magnetischen Schicht 6 bezüglich der Mittelachse 2 unter einem Winkel von -45 Grad verlaufen. Von den Lagern 16 und 17 wird auch ein zylindrischer Spulenkörper 7 gehalten, der sich konzentrisch um die Welle 1 und die magnetischen Schichten 5 und 6 erstreckt. Entsprechend den magnetischen Schichten 5 und 6 sind auf den Spulenkörpern 7 zwei Erfassungsspulen 8 und 9 ange­ ordnet. Die Erfassungsspulen 8 und 9 sind mit einer Erfassungs­ schaltung 14 verbunden. Um die Erfassungsspulen 8 und 9 ist je­ weils eine magnetische Verdichtungsschicht (ein Joch) 10 bzw. 11 aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität vorgesehen. Am äußeren Umfang der magnetischen Verdichtungs­ schichten 10 und 11 ist eine Abschirmung 15 aus einem weichma­ gnetischen Material hoher Permeabilität wie PC-Permalloy oder reinem Eisen angeordnet, die an ihren entgegengesetzten Enden mit den Lagern 16 und 17 magnetisch verbunden ist.

Wenn auf die getriebene Welle 1 ein äußeres Drehmoment oder eine äußere Kraft einwirkt, steht eine der magnetischen Schichten 5 und 6 unter einer Zugspannung, während die andere dieser Schich­ ten einer Druckspannung unterworfen ist, wodurch die magneti­ schen Schichten 5 und 6 verformt werden. Die Magnetostriktion der magnetischen Schichten 5 und 6 ermöglicht eine Änderung der Magnetisierung innerhalb der einzelnen Domänen durch eine solche Verformung, wodurch sich die Permeabilität der magnetischen Schichten 5 und 6 ändert. Die Permeabilität ändert sich dabei jeweils in entgegengesetzte Richtungen in Abhängigkeit davon, ob die Verformung durch eine Zugspannung oder eine Druckspannung hervorgerufen wird. Jede der Erfassungsspulen 8 und 9 erfaßt eine Änderung in der Permeabilität der zugehörigen magnetischen Schicht 5 bzw. 6 als eine Änderung der magnetischen Impedanz. Die Erfassungsschaltung 14 verstärkt die Signale der Erfassungs­ spulen 8 und 9 differentiell und erzeugt eine Detektorspannung V, die dem Ausmaß der Verformung der Welle 1 entspricht. Da die magnetischen Verdichtungsschichten 10 und 11 eine hohe Perme­ abilität aufweisen, verringern sie den magnetischen Widerstand für den von den Erfassungsspulen 8 und 9 erzeugten magnetischen Fluß, wodurch die Empfindlichkeit des Spannungsdetektors erhöht wird. Auch die Abschirmung 15 wirkt in einer ähnlichen Weise.

Wenn beispielsweise von einer Stelle außerhalb des Lagers 16 ein äußeres magnetisches Feld axial und parallel zur Mittelachse 2 der Welle 1 einwirkt, laufen die magnetischen Flußlinien des äußeren Feldes durch das Lager 16, die Abschirmung 15 und durch das andere Lager 17, jedoch nicht durch die magnetischen Schich­ ten 5 und 6, da die Lager 16 und 17 und die Abschirmung 15 eine hohe Permeabilität aufweisen. Wenn andererseits ein äußeres magnetisches Feld diametrisch in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 2 einfällt, verlaufen die magnetischen Flußlinien des äußeren magnetischen Feldes zuerst durch die Abschirmung 15 und dann getrennt durch die Lager 16 und 17 und schließlich wieder durch die Abschirmung 15, jedoch nicht durch die magne­ tischen Schichten 5 und 6. Entsprechend werden die magnetischen Arbeitspunkte der magnetischen Schichten 5 und 6 durch ein äußeres magnetisches Feld nicht verschoben, und es entsteht bei der Erfassung einer Verformung der Welle 1 kein Fehler im Aus­ gangssignal des Spannungsdetektors.

Bei dem beschriebenen Beispiel wird die Abschirmung 15 an ihren entgegengesetzten Enden von den Lagern 16 und 17 gehalten, so daß der Aufbau für die Halterung einfach ist. Es ist anzumerken, daß es nur erforderlich ist, daß die Abschirmung 15 und die Lager 16 und 17 magnetisch miteinander verbunden sind, wobei durchaus ein Luftspalt oder auch ein anderes Element zwischen der Abschirmung 15 und jedem der Lager 16 und 17 vorhanden sein kann.

In der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des Spannungsde­ tektors dargestellt. Der allgemeine Aufbau ist der der ersten Ausführungsform ähnlich, die zweite Ausführungsform unterschei­ det sich jedoch davon dadurch, daß die getriebene Welle 1 an ihren beiden entgegengesetzten Enden über Verbindungselemente 20 und 21 trennbar mit rotierenden Wellen 18 bzw. 19 verbunden ist. Die Verbindungselemente 20 und 21 sind in Lagern 22 bzw. 23 drehbar gelagert. Die Verbindungselemente 21 und 22 und die Lager 22 und 23 bestehen jeweils aus einem weichmagnetischen Material hoher Permeabilität wie PC-Permalloy oder reinem Eisen. Die Lager 22 und 23 sind magnetisch mit den beiden entgegenge­ setzten Enden der Abschirmung 15 verbunden.

Wenn von den rotierenden Wellen 18 und 19 über die Verbindungs­ elemente 20 und 21 ein äußeres Drehmoment oder eine äußere Kraft auf die getriebene Welle 1 einwirkt, wird die Welle 1 verformt, und die Erfassungschaltung 14 gibt eine Detektorspannung V ent­ sprechend des Ausmaßes der Verformung der Welle 1 ab, genauso wie im Falle der ersten Ausführungsform.

Wenn beispielsweise von einer Stelle außerhalb des Lagers 22 ein äußeres magnetisches Feld axial und parallel zur Mittelachse 2 der Welle 1 einwirkt, laufen die magnetischen Flußlinien des äußeren magnetischen Feldes durch das Verbindungselement 20, das Lager 22, die Abschirmung 15, das andere Lager 23 und das Ver­ bindungselement 21, jedoch nicht durch die magnetischen Schich­ ten 5 und 6, da die Verbindungselemente 20 und 21, die Lager 22 und 23 und die Abschirmung 15 eine hohe Permeabilität aufweisen. Wenn andererseits ein äußeres magnetisches Feld diametrisch in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 2 einwirkt, laufen die magnetischen Flußlinien dieses äußeren Feldes zuerst durch die Abschirmung 15 und dann getrennt durch die Lager 22 und 23 und die Verbindungselemente 20 und 21 und schließlich wieder durch die Abschirmung 15 zur Außenseite, jedoch nicht durch die magne­ tischen Schichten 5 und 6. Die magnetischen Arbeitspunkte der magnetischen Schichten 5 und 6 werden daher durch ein äußeres magnetisches Feld nicht verschoben, so daß das Ausgangssignal des Spannungsdetektors frei von Fehlern ist.

Es ist anzumerken, daß, obwohl die Abschirmung 15 auch bei dieser Ausführungsform an ihren entgegengesetzten Enden von den Lagern 22 und 23 gehalten wird, es nur erforderlich ist, daß die Abschirmung 15 und die Lager 22 und 23 magnetisch miteinander gekoppelt und nicht notwendigerweise direkt miteinander verbun­ den sind. Des weiteren kann zwar die Welle 1 auch aus einem ma­ gnetischen Material bestehen, vorzugsweise ist jedoch das Mate­ rial der Welle 1 nichtmagnetisch, um mögliche Einflüsse eines magnetischen Störfeldes auf die magnetischen Schichten 5 und 6 von vornherein auszuschließen.

In der Fig. 3 ist ein Teil einer dritten Ausführungsform des Spannungsdetektors dargestellt. Der Aufbau dieser dritten Aus­ führungsform ist dem des in der Fig. 9 gezeigten, bekannten Spannungsdetektors ähnlich, er unterscheidet sich jedoch darin von dem bekannten Aufbau, daß anstelle der ersten Abschirmung 12 aus nichtmagnetischem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit eine erste Abschirmung 24 aus einem nichtmagnetischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer oder Aluminium vorgesehen ist. Die erste Abschirmung 24 erstreckt sich über den äußeren Umfang der Joche 10 und 11 und weist zwei Flansche 24 a und 24 b auf, die radial von den beiden entgegengesetzten Enden der Abschirmung nach innen stehen, so daß in einer Ebene, die durch die Mittelachse 2 und eine Radiallinie der Abschirmung 24 aufgespannt wird, ein U-förmiger Querschnitt entsteht, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist.

Da bei diesem Aufbau die erste Abschirmung 24 aus einem nichtma­ gnetischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit be­ steht, ist die Eindringtiefe eines magnetischen Wechselfeldes aufgrund des Skin-Effektes auf einen sehr kleinen Wert redu­ ziert. Die von den Erfassungsspulen 8 und 9 erzeugten inneren Magnetfelder und äußere Magnetfelder werden daher durch die Ab­ schirmung 24 magnetisch voneinander getrennt. Da die Abschirmung 24 darüberhinaus einen U-förmigen Querschnitt hat, werden die Magnetfelder nicht nur in radialer, sondern auch in axialer Richtung getrennt. Das Eindringen eines äußeren magnetischen Wechselfeldes in den Spannungsdetektor wird damit sicher verhin­ dert, und die magnetischen Arbeitspunkte der magnetischen Schichten 5 und 6 werden nicht verschoben. Da außerdem eine Aus­ breitung des inneren magnetischen Feldes durch die Abschirmung 24 verhindert wird, ist die Empfindlichkeit des Spannungsdetek­ tors erhöht.

Die Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform des Spannungsde­ tektors. Diese vierte Ausführungsform ist der dritten Ausfüh­ rungsform ähnlich und unterscheidet sich davon darin, daß an Stelle der ersten Abschirmung 24 eine erste Abschirmung 25 aus einem nichtmagnetischen Material mit hoher elektrischer Leit­ fähigkeit mit drei Flanschen 25 a, 25 b und 25 c vorgesehen ist, die sich von den Enden und der in Axialrichtung gesehenen Mitte der Abschirmung nach innen erstrecken, so daß in einer Ebene, die durch die Mittellinie 2 und eine Radiallinie der Abschirmung 25 aufgespannt wird, die Abschirmung 25 einen E-förmigen Quer­ schnitt zeigt. Der Spulenkörper 7 weist in seiner Außenwand in der axial gesehenen Mitte zur Aufnahme des Flansches 25 c eine entsprechende ringförmige Nut auf.

Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt eine magnetische Tren­ nung in radialer und in axialer Richtung, wie bei dem in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Bei der vierten Ausfüh­ rungsform erfolgt jedoch darüberhinaus durch den Flansch 25 c der Abschirmung 25, der sich in den Raum zwischen den Erfassungs­ spulen 8 und 9 erstreckt, eine magnetische Trennung der beiden Erfassungsspulen 8 und 9, wodurch eine gegenseitige magnetische Beeinflussung der beiden Erfassungsspulen 8 und 9 verhindert wird. Entsprechend ist die Empfindlichkeit des Spannungsdetek­ tors erhöht, und es kann der Abstand zwischen den Erfassungs­ spulen 8 und 9 verringert werden, so daß der Spannungsdetektor leicht miniaturisiert werden kann.

Die Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Spannungsde­ tektors. Die fünfte Ausführungsform ist im wesentlichen der vierten Ausführungsform ähnlich und unterscheidet sich darin davon, daß anstelle der ersten Abschirmung 25 eine erste Ab­ schirmung 26 aus einem nichtmagnetischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit vorgesehen ist, die nur einen Flansch 26 c aufweist, der radial von der in axialer Richtung gesehenen Mitte der Abschirmung nach innen vorsteht, so daß die Abschir­ mung 26 in einer Ebene, die durch die Mittelachse 2 und eine Radiallinie der Abschirmung aufgespannt wird, einen T-förmigen Querschnitt zeigt. Die erste Abschirmung 26 der fünften Aus­ führungsform hat damit keine Flansche, die den Flanschen 25 a und 25 b der ersten Abschirmung 25 der vierten Ausführungsform ent­ sprechen. Anstelle dessen sind die gegenüberliegenden axialen Endabschnitte der ersten Abschirmung 26, die sich über und um die Joche 10 und 11 erstreckt, um die Lager 3 und 4 und axiale Verlängerungen des Spulenkörpers 7, die dazwischen vorgesehen sind, angeordnet, so daß eine magnetische Verbindung zwischen der Abschirmung 26 und den Lagern 3 und 4 gebildet wird. Der Flansch 26 c der ersten Abschirmung 26 dieser Ausführungsform bewirkt eine magnetische Trennung der Erfassungsspulen 8 und 9.

Die Fig. 6 zeigt eine sechste Ausführungsform des Spannungsde­ tektors. Diese sechste Ausführungsform weist einen ähnlichen Aufbau auf wie der herkömmliche Spannungsdetektor der Fig. 9 und unterscheidet sich darin davon, daß sie an Stelle der zweiten magnetischen Abschirmung 13 eine zweite magnetische Abschirmung 27 aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität enthält, die zwei Flansche 27 a und 27 b aufweist, die von ihren entgegengesetzten Enden radial nach innen vorstehen, so daß die Abschirmung in einer Ebene, die durch die Mittelachse 2 und eine Radiallinie der Abschirmung aufgespannt wird, einen U-förmigen Querschnitt zeigt. Die magnetische Abschirmung 27 wird an ihren entgegengesetzten Enden von den Lagern 3 und 4 gehalten und ist magnetisch damit verbunden, sie erstreckt sich über den äußeren Umfang der Joche 10 und 11.

Da die magnetische Abschirmung 27 dieser Ausführungsform einen U-förmigen Querschnitt aufweist und aus einem weichmagnetischen Material mit hoher Permeabilität ist, werden davon nicht nur äußere magnetische Gleichfelder abgeschirmt, die in diametri­ scher Richtung der Welle 1 in den Spannungsdetektor eintreten könnten, sondern auch andere äußere magnetische Gleichfelder, die in axialer Richtung auftreten. Die magnetischen Arbeits­ punkte der magnetischen Schichten 5 und 6 werden daher nicht von äußeren Magnetfeldern verschoben.

Die Fig. 7a, 7b und 7c zeigen verschiedene Methoden zur Ausbil­ dung der beschriebenen magnetischen Abschirmung 27. Gemäß Fig. 7a entsteht die magnetische Abschirmung durch die Verbindung von zwei ringförmigen Abschnitten 29 und 30, die jeweils aus mehre­ ren flachen, aufeinanderliegenden Ringen bestehen, mit den ent­ gegengesetzten Enden eines zylindrischen Abschnittes 28, der aus einer Platte weichmagnetischen Materiales mit hoher Permeabili­ tät besteht, die mehrmals um sich selbst gewickelt ist. Die Aus­ führung der Fig. 7b entsteht durch die Verbindung der entgegen­ gesetzten Enden eines ähnlichen zylindrischen Abschnittes 28 mit zwei ringförmigen Abschnitten 31 und 32, die auch aus einer ma­ gnetischen Platte gebildet wurden, die mehrmals um sich selbst gewickelt ist. Das Ausführungsbeispiel der magnetischen Abschir­ mung der Fig. 7c entsteht durch Verbinden der beiden entgegenge­ setzten Enden eines entsprechenden zylindrischen Abschnittes 28 mit jeweils einem magnetischen Lager 3 bzw. 4 aus einem weich­ magnetischen Material mit hoher Permeabilität, so daß in einer Ebene, die durch eine Mittellinie und eine Radiallinie der Ab­ schirmung gebildet wird, ein U-förmiger Querschnitt entsteht.

Claims (4)

1. Spannungsdetektor zum Erfassen der Verformung einer getrie­ benen Welle (1), auf die eine äußere Kraft einwirkt, gekenn­ zeichnet durch eine magnetische Schicht (5, 6) aus weichmagne­ tischem Material mit hoher Permeabilität und geeigneter Magne­ tostriktion, die fest am äußeren Umfang der getriebenen Welle (1) angeordnet ist; durch Lager (16, 17; 22, 23) aus weichma­ gnetischem Material mit hoher Permeabilität zur Abstützung der getriebenen Welle (1); durch eine Erfassungsspule (8, 9) um die magnetische Schicht zum Erfassen einer Änderung der Permeabi­ lität davon, die auf einer Verformung der magnetischen Schicht beruht, die durch eine auf die Welle einwirkende äußere Kraft verursacht wird; und durch eine Abschirmung (12, 13; 15; 24; 25; 26; 27), die am äußeren Umfang der Erfassungsspule angeordnet ist und die an ihren axial gegenüberliegenden Enden magnetisch mit den Lagern verbunden ist.

2. Spannungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (27) aus weichmagnetischem Material mit hoher Permeabilität besteht und Flansche (27 a, 27 b) aufweist, die sich von den entgegengesetzten Enden der Abschirmung derart radial nach innen erstrecken, daß die Abschirmung in einer Ebene, die durch eine Mittellinie und eine Radiallinie der Abschirmung aufgespannt wird, einen U-förmigen Querschnitt hat.

3. Spannungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (24; 25) aus nichtmagnetischem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht und Flansche (24 a, 24 b; 25 a, 25 b) aufweist, die sich von den entgegengesetzten Enden der Abschirmung derart radial nach innen erstrecken, daß die Ab­ schirmung in einer Ebene, die durch eine Mittellinie und eine Radiallinie der Abschirmung aufgespannt wird, einen U-förmigen Querschnitt hat.

4. Spannungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (25) aus nichtmagnetischem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht und einen Flansch (25 c) aufweist, der sich in der in Axialrichtung liegenden Mitte davon radial nach innen erstreckt, so daß die Abschirmung in einer Ebene, die durch eine Axiallinie und eine Radiallinie der Ab­ schirmung gebildet wird, einen T-förmigen Querschnitt hat.