DE4127965A1 - Drehmomentdetektor - Google Patents
DrehmomentdetektorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehmomentdetektor zum Erfassen
des Drehmomentes, das an einer zu drehenden Drehwelle liegt,
und insbesondere einen Drehmomentdetektor, der bei einem
Fahrzeug vorgesehen ist und das an der Drehwelle, beispiels
weise der Ausgangswelle des Getriebes des Fahrzeuges liegende
Drehmoment über die Stärke der Torsion der Drehwelle ermit
telt.
Die Notwendigkeit der Erfassung des Drehmomentes bei einem
Fahrzeug ist in der letzten Zeit immer größer geworden. Bei
einem automatischen Getriebe mit einem Drehmomentwandler
erfolgt insbesondere eine Regelung mit Rückführung unter
Verwendung des Drehmomentes der Ausgangswelle, das genau
erfaßt werden muß, um die Funktion des automatischen Getriebes
zu verbessern. Bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb ist es
sehr wichtig, die Verteilung des Drehmomentes zwischen den
Vorder- und den Hinterrädern zu erfassen.
Wenn an einer Drehwelle ein Drehmoment liegt, dann tritt an
der Drehwelle eine Torsionsverformung auf, die proportional
zum Drehmoment ist. Wenn das anliegende Drehmoment mit T
bezeichnet wird, dann ergibt sich der Torsionswinkel R der
Drehwelle nach der folgenden Gleichung (1). Der Torsionswinkel
R wird zwischen zwei Stellen gemessen, die voneinander um eine
Strecke L in axialer Richtung der Drehwelle getrennt sind:
R = 64 TL/2π Gd⁴ (1)
wobei d der Durchmesser der Drehwelle ist und G den Schub
elastizitätsmodul bezeichnet, der durch das Material der
Drehwelle bestimmt ist. Die Gleichung (1) läßt sich in der
folgenden Weise umschreiben:
T = 2π R Gd⁴/64L (2)
Wenn der Durchmesser d und der Elastizitätsmodul G der Dreh
welle bekannt sind, dann kann das anliegende Drehmoment T aus
der Gleichung (2) mit dem Torsionswinkel R der Drehwelle be
rechnet werden, der zwischen zwei Stellen gemessen wird, die
voneinander in axialer Richtung der Drehwelle um die Strecke L
getrennt sind.
Es sind bereits verschiedene Drehmomentdetektoren vorgeschla
gen worden, die nach diesem Prinzip arbeiten. Es ist ein
Drehmomentdetektor bekannt, der zwei optische Drehkodierer
verwendet. In der JP OS 62-2 39 031 ist ein Drehmomentdetektor
beschrieben, der zwei magnetische Drehkodierer verwendet, die
magnetische Trommeln oder magnetische Scheiben als magnetische
Maßstäbe und nicht bewegbare magnetische Sensoren umfassen.
Die magnetischen Maßstäbe sind einzeln und koaxial an der
Drehwelle an zwei Stellen befestigt, die voneinander um die
Strecke L in axialer Richtung der Drehwelle getrennt sind. Die
nicht beweglichen magnetischen Sensoren sind den magnetischen
Flächen der magnetischen Maßstäbe gegenüber vorgesehen. Jeder
magnetische Maßstab ist so vormagnetisiert, daß mehrere Ma
gnetpole mit einer konstanten Ganghöhe über den gesamten
Außenumfang der magnetischen Fläche ausgebildet sind, bevor
der Maßstab an der Drehwelle befestigt wird. Jeder magnetische
Sensor weist ein magnetoresistives Element auf, das den Ma
gnetfluß in ein zyklisches elektrisches Signal umwandelt und
dieses ausgibt. Eine Änderung des Magnetflusses wird durch das
Magnetisierungsmuster der magnetischen Flächen der magneti
schen Maßstäbe bewirkt, während die Drehwelle gedreht wird.
Zwei Gruppen von magnetischen Maßstäben und magnetischen
Sensoren bilden zwei magnetische Drehkodierer zum Messen des
Torsionswinkels R der Drehwelle.
Wenn an der Drehwelle aufgrund des Drehmomentes eine Torsions
verformung auftritt, dann ergibt sich zwischen den Ausgangs
signalen der beiden magnetischen Sensoren ein Phasenunter
schied, der proportional zur Torsion der Drehwelle ist. Mit
der folgenden Gleichung (3) kann die Beziehung zwischen dem
Torsionswinkel R der Drehwelle und dem Phasenunterschied Δt
gemessen pro Zeiteinheit zwischen den Ausgangssignalen der
magnetischen Sensoren ermittelt werden:
R = 2π Δt N (3)
wobei N die Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit der Dreh
welle ist. Diese Drehzahl kann nach der folgenden Gleichung
(4) unter Verwendung der gemessenen Werte der Frequenzen f der
Ausgangssignale der magnetischen Sensoren ermittelt werden:
N = f/U (4)
wobei U die Anzahl der Magnetpole an den magnetischen Maß
stäben ist und eine konstante bekannte Größe darstellt. Wenn
der Torsionswinkel R der Drehwelle unter Verwendung der Glei
chungen (3) und (4) gefunden ist, dann kann das anliegende
Drehmoment T nach der Gleichung (2) ermittelt werden.
Bei einem derartigen herkömmlichen Drehmomentdetektor, der
zwei magnetische Drehkodierer verwendet, ergibt sich jedoch
das Grundproblem, daß das Drehmoment nicht mit hoher Genau
igkeit ermittelt werden kann. Ein erster Einflußfaktor dafür,
daß das Drehmoment nicht mit hoher Genauigkeit ermittelt
werden kann, besteht darin, daß eine Umfangspositionsverschie
bung nahezu unvermeidlich zwischen den magnetischen Maßstäben
auftritt, wenn diese an der Drehwelle befestigt werden oder
daß eine Umfangspositionsverschiebung zwischen den magneti
schen Sensoren hervorgerufen wird, wenn diese den magnetischen
Maßstäben jeweils gegenüber angeordnet werden. Wenn die Dreh
welle lastfrei ist und ohne Drehmoment gedreht wird, dann wird
eine Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen den Ausgangs
signalen der magnetischen Sensoren aufgrund der Positionsver
schiebung der magnetischen Maßstäbe oder der magnetischen
Sensoren bewirkt, so daß ein scheinbares Drehmoment ohne
Torsionsverformung der Drehwelle ermittelt wird. D. h. mit
anderen Worten, daß das ermittelte Drehmoment versetzt ist.
Ein zweiter Einflußfaktor besteht in der Verformung, die an
der Drehwelle bleibt, wenn diese belastet wird. Wenn an der
Drehwelle selbst eine Verformung bleibt, dann wird eine Ver
setzung im Phasenunterschied zwischen den Ausgangssignalen der
magnetischen Sensoren aufgrund der Restverformung bewirkt,
selbst wenn an der Drehwelle kein Drehmoment liegt. Das hat
zur Folge, daß gleichfalls eine Versetzung im ermittelten
Drehmoment auftritt.
Um diese Versetzung des ermittelten Drehmomentes zu beseiti
gen, ist in der JP OS 3-1 15 940 ein weiterer Drehmomentdetektor
vorgeschlagen worden. Dieser Drehmomentdetektor umfaßt magne
tische Scheiben und nicht bewegliche Magnetköpfe zur Aufzeich
nung und Wiedergabe. Die magnetischen Scheiben sind einzeln
und koaxial an der Drehwelle an zwei Stellen befestigt, die
voneinander um eine Strecke L in axialer Richtung der Drehwel
le getrennt sind, und werden zusammen mit der Drehwelle ge
dreht. Die nicht beweglichen Magnetköpfe sind den magnetischen
Flächen der magnetischen Scheiben gegenüber angeordnet.
Bei einem derartigen Drehmomentdetektor werden als Aufzeich
nungssignale den beiden Magnetköpfen zyklische phasengleiche
elektrische Signale geliefert, während die Drehwelle lastfrei
ist und ohne Drehmoment in einem Vorbereitungsschritt vor der
eigentlichen Ermittlung des anliegenden Drehmomentes gedreht
wird. Die Magnetköpfe führen eine Aufzeichnung durch, um die
jeweils aufgezeichneten Signale in eine entsprechende Änderung
des Magnetflusses, d. h. in magnetische Signale umzuwandeln.
Das hat zur Folge, daß phasengleiche magnetische Signale der
Magnetköpfe in Form von jeweiligen Magnetisierungsmustern auf
die magnetischen Flächen der magnetischen Scheiben so aufge
zeichnet werden, daß die Magnetpole in einer bestimmten Gang
höhe über den gesamten Außenumfang der magnetischen Scheiben
angeordnet sind. Zwei magnetische Scheiben werden somit je
weils an der Drehwelle befestigt, und anschließend wird das
gleiche Magnetisierungsmuster für die Ermittlung des Drehmo
mentes gleichzeitig an den jeweiligen magnetischen Flächen der
magnetischen Scheiben ausgebildet. Im Gegensatz zum Drehmo
mentdetektor, der zwei magnetische Drehkodierer verwendet, ist
es daher nicht nötig, eine Umfangspositionsverschiebung zwi
schen den magnetischen Scheiben zu berücksichtigen, wenn diese
jeweils an der Drehwelle befestigt werden.
Die Magnetköpfe führen auch eine Wiedergabe durch, um die
jeweiligen Magnetisierungsmuster auf die magnetischen Flächen
der magnetischen Scheiben auszulesen. Jeder Magnetkopf hat die
Funktion der Umwandlung der Änderung des magnetischen Flusses
in ein zyklisches elektrisches Signal und der Ausgabe dieses
Signals. Die Änderung des magnetischen Flusses wird gleichzei
tig durch die Magnetisierungsmuster an den magnetischen Flä
chen bewirkt, während die Drehwelle gedreht wird. Jeder Ma
gnetkopf wird zum Zeitpunkt der Wiedergabe und Aufzeichnung in
der gleichen Position gehalten. Im Gegensatz zu einem Drehmo
mentdetektor, der zwei magnetische Drehkodierer verwendet,
wird daher der Einfluß der Positionsverschiebung der magneti
schen Köpfe zwischen der Aufzeichnung und Wiedergabe selbst
dann ausgeglichen, wenn eine Umfangspositionsverschiebung
zwischen den Magnetköpfen auftritt, die den magnetischen
Flächen der Magnetscheiben gegenüber angeordnet sind. D. h.
mit anderen Worten, daß eine Positionsverschiebung der Magnet
köpfe zu keiner Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen
den Ausgangssignalen der Magnetköpfe führt. Wenn eine Ver
setzung im Phasenunterschied zwischen den Ausgangssignalen der
Magnetköpfe aufgrund einer Restverformung der Drehwelle be
wirkt wird, ohne daß ein Drehmoment anliegt, dann wird der
Vorbereitungsschritt erneut ausgeführt, um das Magnetisie
rungsmuster an den Magnetflächen der magnetischen Scheiben
neu zu formen. Die Versetzung in der Phasendifferenz zwischen
den Ausgangssignalen der Magnetköpfe kann folglich aufgehoben
werden.
Wenn eine Torsionsverformung aufgrund eines Drehmomentes an
der Drehwelle auftritt, dann wird ein Phasenunterschied, der
proportional zum Drehmoment der Drehwelle ist, zwischen den
Ausgangssignalen der Magnetköpfe hervorgerufen. Der Torsions
winkel R der Drehwelle ergibt sich aus der Gleichung (3) auf
der Grundlage des pro Zeiteinheit gemessenen Phasenunter
schiedes Δt zwischen den Ausgangssignalen der Magnetköpfe. Im
Gegensatz zum Drehmomentdetektor, der zwei magnetische Drehko
dierer verwendet, wird die Anzahl der Magnetpole, die an den
magnetischen Flächen der magnetischen Scheiben ausgebildet
werden, nach Maßgabe der Drehzahl N0 der unbelasteten Drehwelle
im Vorbereitungsschritt und der Frequenz f0 der phasengleichen
Aufzeichnungssignale geändert, die im Vorbereitungsschritt von
den Magnetköpfen kommen. Es ist folglich notwendig, die Dreh
zahl N der Drehwelle, die bei der Ermittlung des Drehmomentes
belastet ist, nach der folgenden Gleichung (5) anstelle der
Gleichung (4) zu ermitteln:
N = (f/f₀) N₀ (5)
wobei f der gemessene Wert der Frequenz des Ausgangssignals
eines der Magnetköpfe bei der Ermittlung des Drehmomentes ist.
Bei der Ermittlung des Drehmomentes sind die Drehzahl N0 der
Drehwelle im Vorbereitungsschritt und die Frequenz f0 der
phasengleichen Aufzeichnungssignale bekannt, die den Magnet
köpfen im Vorbereitungsschritt geliefert werden. Wenn der
Torsionswinkel R der Drehwelle nach der Gleichung (3) und (5)
ermittelt wird, dann kann das anliegende Drehmoment T nach der
Gleichung (2) bestimmt werden, wie es ähnlich bei dem eingangs
beschriebenen Drehmomentdetektor ist.
Ein Drehmomentdetektor mit zwei Gruppen von magnetischen
Scheiben und Magnetköpfen ist jedoch mit einem weiteren Pro
blem verbunden. Dieses Problem wird durch die Drehwelle ver
ursacht, die nicht immer mit einer konstanten Geschwindigkeit
oder Drehzahl gedreht wird. Im allgemeinen ändert die Drehwel
le, die in der Kraftübertragung eines Fahrzeuges gelagert ist,
häufig ihre Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl. Wenn die Dreh
zahl N der Drehwelle bei der Ermittlung des Drehmomentes nach
der Gleichung (5) bestimmt wird und die Drehzahl N0 der Dreh
welle im Vorbereitungsschritt sich tatsächlich ändert, dann
ändert sich die Ganghöhe zwischen den Magnetpolen, die an den
magnetischen Flächen der magnetischen Scheiben ausgebildet
werden, selbst wenn Aufzeichnungssignale jeweils mit einer
konstanten Frequenz f0 den Magnetköpfen im Vorbereitungsschritt
geliefert werden. Die Änderung in der Ganghöhe zwischen den
magnetischen Polen überlappt die Änderung in der Drehgeschwin
digkeit oder Drehzahl der Drehwelle bei der Ermittlung des
Drehmomentes. Das hat eine starke Änderung der Frequenz f der
Ausgangssignale der Magnetköpfe bei der Ermittlung des Drehmo
mentes zur Folge. Der Fehler in der Drehzahl N, die nach der
Gleichung (5) erhalten wird, nimmt somit zu, so daß der Fehler
im ermittelten Drehmoment T größer wird.
Durch die Erfindung soll daher ein Drehmomentdetektor zum
Erfassen eines an einer zu drehenden Drehwelle liegenden
Drehmomentes geschaffen werden, bei dem der Einfluß einer
Positionsverschiebung der Bauteile des Drehmomentdetektors und
der Einfluß der Restverformung der Drehwelle ausgeschaltet
sind und der Einfluß einer Änderung in der Drehzahl der Dreh
welle soweit reduziert ist, daß das Drehmoment mit hoher
Genauigkeit ermittelt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen
Drehmomentdetektor soll insbesondere das an einer Drehwelle
einer Kraftübertragung eines Fahrzeuges, die mehrere Drehwel
len umfaßt, die lösbar miteinander verbunden sind, liegende
Drehmoment mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Dazu sind bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentdetektor zum
Ermitteln des Drehmomentes, das an einer zu drehenden Drehwel
le liegt, ein erster und ein zweiter Magnetaufzeichnungsträger
jeweils an zwei Stellen befestigt, die voneinander um eine
bestimmte Strecke in axialer Richtung der Drehwelle getrennt
sind und auf der Umfangsfläche der Drehwelle liegen, und wird
ein Magnetisierungsmuster mit konstanter Ganghöhe ausschließ
lich an einer magnetischen Fläche des ersten Magnetaufzeich
nungsträgers gebildet und auf die magnetische Fläche des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers in einem Vorbereitungs
schritt vor der Ermittlung des anliegenden Drehmomentes ko
piert. Der erfindungsgemäße Drehmomentdetektor umfaßt ins
besondere einen ersten und einen zweiten Magnetaufzeichnungs
träger, einen ersten und einen zweiten Magnetkopf, eine Pha
senunterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung und eine
Drehmomentberechnungseinrichtung, die im folgenden beschrieben
werden. Der erste Magnetaufzeichnungsträger weist eine magne
tische Fläche auf, wobei ein zyklisches Magnetisierungsmuster
mit konstanter Ganghöhe auf der magnetischen Fläche ausgebil
det wird. Der erste Magnetaufzeichnungsträger ist auf der
Umfangsfläche der Drehwelle befestigt und wird zusammen mit
der Drehwelle gedreht. Der zweite Magnetaufzeichnungsträger
weist gleichfalls eine magnetische Fläche auf und ist auf der
Umfangsfläche der Drehwelle um eine bestimmte Strecke in
axialer Richtung der Drehwelle vom ersten Magnetaufzeichnungs
träger getrennt befestigt. Der zweite Magnetaufzeichnungs
träger wird zusammen mit der Drehwelle gedreht. Der erste
Magnetkopf ist unbeweglich der magnetischen Fläche des ersten
Magnetaufzeichnungsträgers gegenüber angeordnet, um das zykli
sche Magnetisierungsmuster der magnetischen Fläche des ersten
Magnetaufzeichnungsträgers zu lesen, während die Drehwelle
gedreht wird, und ein zyklisches elektrisches Signal als
erstes Wiedergabesignal auszugeben, das dem zyklischen Magne
tisierungsmuster entspricht. Der zweite Magnetkopf ist unbe
weglich der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeich
nungsträgers gegenüber angeordnet und empfängt ein Aufzeich
nungssignal synchron mit dem ersten Wiedergabesignal, das vom
ersten Magnetkopf ausgegeben wird, während die Drehwelle ohne
anliegendes Drehmoment gedreht wird. Der zweite Magnetkopf
bildet ein Magnetisierungsmuster, das dem Aufzeichnungssignal
entspricht, auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnetauf
zeichnungsträgers und liest das magnetische Muster aus, das an
der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers
gebildet wird, wenn die Drehwelle mit anliegendem Drehmoment
gedreht wird. Der zweite Magnetkopf gibt ein zyklisches elek
trisches Signal als zweites Wiedergabesignal aus, das dem
Magnetisierungsmuster entspricht. Die Phasenunterschieds- und
Drehzahldetektoreinrichtung empfängt das erste und das zweite
Wiedergabesignal, die gleichzeitig vom ersten und zweiten
Magnetkopf ausgegeben werden, wenn die Drehwelle mit anliegen
dem Drehmoment gedreht wird, und ermittelt den Phasenunter
schied pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zweiten
Wiedergabesignal sowie die Anzahl der Umdrehungen pro Zeitein
heit der Drehwelle auf der Grundlage eines der beiden Wieder
gabesignale. Die Drehmomentberechnungseinrichtung berechnet
das an der Drehwelle liegende Drehmoment auf der Grundlage des
Phasenunterschiedes und der Drehzahl, die durch die Phasen
unterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung ermittelt wer
den.
Gemäß der Erfindung wird das zyklische Magnetisierungsmuster,
das an der magnetischen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungs
trägers gebildet wird, ausgelesen, ohne daß ein Drehmoment an
der Drehwelle liegt, und wird dann ein Magnetisierungsmuster,
das dem oben erwähnten zyklischen Magnetisierungsmuster ent
spricht, im Verhältnis 1 : 1 an der magnetischen Fläche des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers im Vorbereitungsschritt vor
der eigentlichen Ermittlung des anliegenden Drehmomentes
gebildet. Im Unterschied zum Drehmomentdetektor, der zwei
magnetische Drehkodierer verwendet, ist es daher nicht notwen
dig, eine Umfangspositionsverschiebung zwischen den Magnet
aufzeichnungsträgern zu berücksichtigen, wenn diese an der
Umfangsfläche der Drehwelle befestigt werden. Auch in dem
Fall, in dem sich die Drehzahl der Drehwelle im Vorbereitungs
schritt ändert, bleibt darüber hinaus die Ganghöhe zwischen
den Magnetpolen konstant, die an der magnetischen Fläche des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers ähnlich zum ersten Magnet
aufzeichnungsträger gebildet werden. Im Unterschied zu dem
Drehmomentdetektor mit zwei Gruppen von magnetischen Scheiben
und Magnetköpfen können daher Magnetisierungsmuster mit kon
stanter Ganghöhe immer an den magnetischen Flächen der beiden
Magnetaufzeichnungsträger zur Ermittlung des Drehmomentes
gebildet werden, gleichgültig, ob sich die Drehzahl der Dreh
welle im Vorbereitungsschritt ändert oder nicht.
Bei der Ermittlung des Drehmomentes werden die Magnetisie
rungsmuster an den magnetischen Flächen des ersten und zweiten
Magnetaufzeichnungsträgers jeweils als erstes und zweites
Wiedergabesignal durch den ersten und den zweiten Magnetkopf
ausgelesen. Dann werden der Phasenunterschied zwischen den
Wiedergabesignalen aufgrund der Torsionsverformung der Dreh
welle, die durch das Drehmoment verursacht wird, und die
Drehzahl der Drehwelle auf der Grundlage eines der Wieder
gabesignale ermittelt. Danach wird das anliegende Drehmoment
auf der Grundlage des Phasenunterschiedes und der Drehzahl
berechnet. Selbst wenn in diesem Fall eine Umfangspositions
verschiebung der Drehwelle zwischen den Magnetköpfen auftritt,
führt diese Positionsverschiebung der Magnetköpfe nicht zu
einer Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen Wiedergabe
signalen, im Gegensatz zu dem Drehmomentdetektor, der zwei
magnetische Drehkodierer verwendet. Wenn weiterhin eine Ver
setzung des Phasenunterschiedes zwischen den Wiedergabesigna
len auf einer Restverformung der Drehwelle ohne anliegendem
Drehmoment beruht, dann wird der Vorbereitungsschritt erneut
ausgeführt, um das Magnetisierungsmuster an der Magnetfläche
des ersten Magnetaufzeichnungsträgers erneut auf die des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers zu kopieren. Es ist folg
lich möglich, die Versetzung im Phasenunterschied zwischen den
Wiedergabesignalen aufzuheben. Es erfolgt daher ein periodi
sches Umkopieren, so daß die Versetzung des Phasenunterschie
des zwischen den Wiedergabesignalen immer gleich Null ist.
Im Gegensatz zu dem Drehmomentdetektor mit zwei Gruppen von
magnetischen Scheiben und Magnetköpfen wird das Magnetisie
rungsmuster mit konstanter Ganghöhe an der magnetischen Fläche
des ersten Magnetaufzeichnungsträgers ausgebildet. Die Fre
quenzen der Wiedergabesignale bei der Ermittlung des Drehmo
mentes werden folglich nicht durch Änderungen in der Drehzahl
der Drehwelle im Vorbereitungsschritt, sondern nur im Schritt
der Ermittlung des Drehmomentes beeinflußt. D. h. mit anderen
Worten, daß die Änderung der Frequenzen der Wiedergabesignale
bei der Ermittlung des Drehmomentes verglichen mit einem
Drehmomentdetektor mit zwei Gruppen von magnetischen Scheiben
und Magnetköpfen geringer ist. D. h., daß die Drehzahl der
Drehwelle genauer ermittelt werden kann.
Gemäß der Erfindung kann der Einfluß der Positionsverschiebung
der beiden Magnetaufzeichnungsträger und der beiden Magnet
köpfe sowie der Restverformung der Drehwelle ausgeschaltet
werden. Darüber hinaus kann der Einfluß einer Änderung in der
Drehzahl der Drehwelle soweit herabgesetzt werden, daß das
Drehmoment mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird ein erster Magnetaufzeichnungsträger
mit einer Magnetfläche gebildet, die eine Vielzahl von magne
tischen Musterschichten aufweist, die mit konstanter Ganghöhe
über den gesamten Außenumfang der Drehwelle so ausgebildet
sind, daß die magnetischen Musterschichten voneinander ge
trennt sind und einzeln vormagnetisiert sind. In diesem Fall
können die magnetischen Musterschichten beispielsweise über
ein Druckverfahren ausgebildet werden. Die Ganghöhe der Magne
tisierungsmuster an der magnetischen Fläche des ersten Magnet
aufzeichnungsträgers mit magnetischen Musterschichten kann
genau eingehalten werden. Der erste und der zweite Magnet
aufzeichnungsträger können jeweils zylindrische magnetische
Flächen aufweisen, die fortlaufend über den gesamten Außen
umfang der Drehwelle ausgebildet sind. Die zylindrische magne
tische Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers ist nur
zyklisch vormagnetisiert, so daß mehrer Magnetpole mit kon
stanter Ganghöhe in Umfangsrichtung der zylindrischen magneti
schen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers ausgebildet
sind.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Drehmomentdetektor
für die Kraftübertragung eines Fahrzeuges mit einer ersten
Drehwelle, die über die Antriebskraft einer Maschine gedreht
wird, und einer zweiten Drehwelle, die lösbar mit der ersten
Drehwelle verbunden ist, um die Antriebskraft der Maschine zu
übertragen, wobei der Drehmomentdetektor dazu dient, das
Drehmoment zu ermitteln, das an der zweiten Drehwelle liegt.
Der Drehmomentdetektor umfaßt einen ersten und einen zweiten
Magnetaufzeichnungsträger, einen ersten und einen zweiten
Magnetkopf, eine Phasenunterschieds- und Drehzahldetektor
einrichtung und eine Drehmomentberechnungseinrichtung, die im
folgenden beschrieben werden. Der erste Magnetaufzeichnungs
träger weist eine magnetische Fläche auf, wobei ein zyklisches
Magnetisierungsmuster mit konstanter Ganghöhe an der magneti
schen Fläche ausgebildet ist, und ist an einer Umfangsfläche
der ersten oder der zweiten Drehwelle befestigt, so daß er zu
sammen mit dieser Drehwelle gedreht wird. Der zweite Magnet
aufzeichnungsträger weist eine magnetische Fläche auf und ist
an der Umfangsfläche der jeweils anderen Drehwelle befestigt,
so daß er zusammen mit dieser jeweils anderen Drehwelle ge
dreht wird. Der erste Magnetkopf ist unbeweglich der magneti
schen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers gegenüber
angeordnet, um das zyklische Magnetisierungsmuster an der
magnetischen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers
auszulesen, während die erste und die zweite Drehwelle mitein
ander verbunden sind und sich drehen, und ein zyklisches
elektrisches Signal als erstes Wiedergabesignal auszugeben,
das dem zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht. Der
zweite Magnetkopf ist unbeweglich der magnetischen Fläche des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers gegenüber angeordnet, um
ein Aufzeichnungssignal synchron mit dem ersten Wiedergabesi
gnal vom ersten Magnetkopf zu empfangen, während die erste und
die zweite Drehwelle miteinander verbunden sind und mit einer
bestimmten Bezugsantriebskraft der Maschine gedreht werden,
wobei ein Magnetisierungsmuster, das dem Aufzeichnungssignal
entspricht, an der magnetischen Fläche des zweiten Magnet
aufzeichnungsträgers ausgebildet wird. Der zweite Magnetkopf
liest das Magnetisierungsmuster, das an der magnetischen
Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers gebildet ist,
während die erste und die zweite Drehwelle miteinander ver
bunden sind und mit einer von der bestimmten Bezugsantriebs
kraft der Maschine abweichenden Antriebskraft gedreht werden,
und gibt ein zyklisches elektrisches Signal als zweites Wie
dergabesignal aus, das dem Magnetisierungsmuster entspricht.
Die Phasenunterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung emp
fängt das erste und das zweite Wiedergabesignal, die gleich
zeitig vom ersten und zweiten Magnetkopf ausgegeben werden,
während die erste und die zweite Drehwelle miteinander ver
bunden sind und mit der Antriebskraft der Maschine gedreht
werden, die von der bestimmten Bezugsantriebskraft abweicht,
und ermittelt den Phasenunterschied pro Zeiteinheit zwischen
dem ersten und dem zweiten Wiedergabesignal sowie die Drehzahl
der zweiten Drehwelle auf der Grundlage eines der beiden
Wiedergabesignale. Die Drehmomentberechnungseinrichtung be
rechnet das Drehmoment an der zweiten Drehwelle, während die
Maschine die Antriebskraft beibehält, die von der bestimmten
Bezugsantriebskraft abweicht, und zwar auf der Grundlage des
Phasenunterschiedes und der Drehzahl, die durch die Phasen
unterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung ermittelt wer
den.
In einem Vorbereitungsschritt wird das Magnetisierungsmuster
an der magnetischen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungs
trägers ausgelesen, während die erste und die zweite Drehwelle
mit der bestimmten Bezugsantriebskraft der Maschine gedreht
werden, und wird dann ein Magnetisierungsmuster, das dem
obigen zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht, im Ver
hältnis 1 : 1 an der magnetischen Fläche des zweiten Magnet
aufzeichnungsträgers gebildet. Beim Ermitteln des Drehmomentes
werden die Magnetisierungsmuster der magnetischen Flächen des
ersten und zweiten Magnetaufzeichnungsträgers als erstes und
zweites Wiedergabesignal durch den ersten und den zweiten
Magnetkopf ausgelesen, während die erste und die zweite Dreh
welle mit einer Antriebskraft der Maschine gedreht werden, die
von der bestimmten Bezugsantriebskraft abweicht. Dann werden
der Phasenunterschied zwischen den Wiedergabesignalen aufgrund
der Torsionsverformung der zweiten Drehwelle, die durch das
Drehmoment verursacht wird, und die Drehzahl der zweiten
Drehwelle auf der Grundlage eines der Wiedergabesignale er
mittelt. Danach wird das an der zweiten Drehwelle liegende
Drehmoment auf der Grundlage des Phasenunterschiedes und der
Drehzahl berechnet.
Wenn die erfindungsgemäße Ausbildung bei der Kraftübertragung
eines Fahrzeuges vorgesehen wird, wie es oben beschrieben
wurde, dann werden die Magnetaufzeichnungsträger an der ersten
und der zweiten Drehwelle befestigt, die miteinander verbunden
sind, so daß die Änderung des Drehmomentes der gesamten Kraft
übertragungsanlage erhalten werden kann. Darüber hinaus können
der erste und der zweite Magnetkopf an irgendeiner Stelle in
Umfangsrichtung der Drehwellen angeordnet sein. Immer, wenn
die erste und die zweite Drehwelle miteinander verbunden
werden, wird der Vorbereitungsschritt ausgeführt, um jedesmal
das Magnetisierungsmuster an der magnetischen Fläche des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers fortzuschreiben. Es ist
daher möglich, Drehmomentfehler auszuschließen, die jedesmal
dann auftreten, wenn das Anlegen und das Abnehmen der Maschi
nenantriebskraft wiederholt werden.
Gemäß der Erfindung kann weiterhin eine Drehzahldetektorein
richtung vorgesehen sein, die nur die Drehzahl der Drehwelle
erfaßt. Durch die Erfindung wird insbesondere ein Drehmoment
detektor zum Erfassen des an einer zu drehenden Drehwelle
liegenden Drehmomentes geschaffen, der einen ersten und einen
zweiten Magnetaufzeichnungsträger, einen ersten und einen
zweiten Magnetkopf, eine Phasenunterschiedsdetektoreinrich
tung, eine Drehzahldetektoreinrichtung und eine Drehmomentbe
rechnungseinrichtung umfaßt. Der erste und der zweite Magnet
aufzeichnungsträger weisen jeweils magnetische Flächen auf und
sind an einer Umfangsfläche der Drehwelle in einem bestimmten
Abstand voneinander in axialer Richtung der Drehwelle angeord
net. Sie werden zusammen mit der Drehwelle gedreht. Der erste
und der zweite Magnetkopf sind unbeweglich den magnetischen
Flächen des ersten und des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers
jeweils gegenüber angebracht und empfangen ein gemeinsames
Aufzeichnungssignal, wenn die Drehwelle ohne anliegendes
Drehmoment gedreht wird. Sie bilden jeweils identische Magne
tisierungsmuster, die dem gemeinsamen Aufzeichnungssignal
entsprechen, an den magnetischen Flächen des ersten und des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers. Der erste und der zweite
Magnetkopf lesen darüberhinaus die jeweiligen Magnetisierungs
muster, die an den magnetischen Flächen des ersten und des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers ausgebildet sind, während
die Drehwelle mit anliegendem Drehmoment gedreht wird, und
geben jeweils zyklische elektrische Signale als erstes und
zweites Wiedergabesignal aus, die den jeweiligen Magnetisie
rungsmustern entsprechen. Die Phasenunterschiedsdetektorein
richtung empfängt das erste und das zweite Wiedergabesignal,
die gleichzeitig von dem ersten und dem zweiten Magnetkopf
ausgegeben werden, während die Drehwelle mit anliegendem
Drehmoment gedreht wird, und ermittelt den Phasenunterschied
pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Wieder
gabesignal. Die Drehzahldetektoreinrichtung weist eine Wand
lereinrichtung und einen Drehzahldetektor auf. Die Wandler
einrichtung erzeugt einen Impulszug mit konstanter Frequenz,
die proportional zur konstanten Drehzahl der Drehwelle ist.
Der Drehzahldetektor erfaßt die Drehzahl der Drehwelle auf der
Grundlage des Impulszuges von der Wandlereinrichtung, während
die Phasenunterschiedsdetektoreinrichtung das erste und das
zweite Wiedergabesignal empfängt, die einen Phasenunterschied
haben. Die Drehmomentberechnungseinrichtung berechnet das an
der Drehwelle liegende Drehmoment auf der Grundlage des Pha
senunterschiedes von der Phasenunterschiedsdetektoreinrichtung
und der Drehzahl von der Drehzahldetektoreinrichtung.
Gemäß der Erfindung wird das gleiche Magnetisierungsmuster an
den magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnet
aufzeichnungsträgers auf der Grundlage eines Aufzeichnungs
signals ohne Drehmoment an der Drehwelle in einem Vorberei
tungsschritt vor der eigentlichen Ermittlung des anliegenden
Drehmomentes gebildet. Die Magnetisierungsmuster an den magne
tischen Flächen der Magnetaufzeichnungsträger werden ohne
Drehmoment an der Drehwelle ausgelesen, so daß das erste und
das zweite Wiedergabesignal erhalten werden. Die Wiedergabesi
gnale sind vollständig phasengleich. Selbst wenn in diesem
Fall eine Umfangspositionsverschiebung an der Drehwelle zwi
schen den Magnetköpfen auftritt, dann führt die Positionsver
schiebung der Magnetköpfe nicht zu einer Versetzung des Pha
senunterschiedes zwischen den Wiedergabesignalen im Gegensatz
zu dem Drehmomentdetektor, der zwei magnetische Drehkodierer
verwendet. Es ist darüberhinaus nicht notwendig, die Umfangs
positionsverschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten
Magnetaufzeichnungsträger zu berücksichtigen, wenn diese
einzeln an der Umfangsfläche der Drehwelle befestigt werden.
Wenn eine Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen den
Wiedergabesignalen aufgrund der Restverformung der Drehwelle
verursacht wird, ohne daß ein Drehmoment anliegt, dann wird
der Vorbereitungsschritt erneut durchgeführt, um die Magneti
sierungsmuster an den magnetischen Flächen des ersten und des
zweiten Magnetaufzeichnungsträgers neu zu formen. Folglich ist
es möglich, die Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen
den Wiedergabesignalen zu vermeiden. Dementsprechend erfolgt
periodisch ein Umkopieren, so daß die Versetzung des Phasen
unterschiedes zwischen den Wiedergabesignalen immer gleich
Null ist. Bei der Ermittlung des Drehmomentes werden die
Magnetisierungsmuster an den magnetischen Flächen des ersten
und des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers als erstes und
zweites Wiedergabesignal durch den ersten und den zweiten
Magnetkopf gelesen. Der Phasenunterschied zwischen den Wieder
gabesignalen aufgrund der Torsionsverformung der Drehwelle,
die durch das Drehmoment hervorgerufen wird, kann daher mit
hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Wenn der Torsionswinkel der Drehwelle berechnet werden soll,
dann wird die Drehzahl der Drehwelle, die zusammen mit dem
Phasenunterschied benötigt wird, nicht durch das erste und das
zweite Wiedergabesignal aufgrund der Magnetisierungsmuster der
magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnetauf
zeichnungsträgers, sondern durch die Drehzahldetektoreinrich
tung erhalten, was sich von dem Drehmomentdetektor unterschei
det, der mit zwei Gruppen von magnetischen Scheiben und Ma
gnetköpfen versehen ist. Die Drehzahldetektoreinrichtung
enthält eine Wandlereinrichtung und einen Drehzahldetektor.
Die Wandlereinrichtung erzeugt einen Impulszug mit einer
konstanten Frequenz, die proportional zur Drehzahl der Dreh
welle ist, wenn diese mit konstanter Drehzahl gedreht wird.
Der Drehzahldetektor erfaßt die Drehzahl der Drehwelle auf der
Grundlage des Impulszuges von der Wandlereinrichtung. Dement
sprechend wird die Frequenz des Impulssignales von der Wand
lereinrichtung bei der Ermittlung des Drehmomentes durch eine
Änderung der Drehzahl der Drehwelle nicht im Vorbereitungs
schritt, sondern bei der Ermittlung des Drehmomentes beein
flußt. D. h. mit anderen Worten, daß die Drehzahl der Drehwel
le bei der Ermittlung des Drehmomentes verglichen mit dem
Drehmomentdetektor, der zwei Gruppen von magnetischen Scheiben
und Magnetköpfen verwendet, genauer erhalten werden kann.
Wie es oben beschrieben wurde, wird das anliegende Drehmoment
auf der Grundlage des Phasenunterschiedes und der Drehzahl
berechnet, die mit hoher Genauigkeit erhalten werden können.
Das hat zur Folge, daß der Einfluß einer Positionsverschiebung
der beiden Magnetaufzeichnungsträger und der beiden Magnetköp
fe sowie der Restverformung der Drehwelle ausgeschlossen
werden kann. Der Einfluß einer Änderung der Drehzahl der
Drehwelle kann darüber hinaus verringert werden. Das Drehmo
ment kann somit mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentdetektor ist es bevorzugt,
daß zwei magnetische Aufzeichnungsträger mit jeweils zylin
drischen magnetischen Flächen, die fortlaufend über den gesam
ten Außenumfang der Drehwelle ausgebildet sind, als erster und
zweiter Magnetaufzeichnungsträger verwandt werden. Die Wand
lereinrichtung enthält ein Zahnrad und einen elektromagneti
schen Abnehmer. Das Zahnrad weist mehrere Zähne auf, die mit
konstanter Ganghöhe über die gesamte äußere Umfangsfläche
ausgebildet sind, und ist koaxial zur Drehwelle befestigt, so
daß es zusammen mit der Drehwelle gedreht wird. Der elektroma
gnetische Abnehmer ist unbeweglich so angebracht, daß die
Zähne des Zahnrades der Reihe nach in der Nähe vorbeilaufen,
während die Drehwelle gedreht wird, so daß er einen Impulszug
mit jeweils einem Impuls pro Durchgang eines Zahnes des Zahn
rades in der Nähe des Abnehmers erzeugt. Die Wandlereinrich
tung kann eine Schlitzplatte und einen optischen Abnehmer
enthalten. Die Schlitzplatte weist mehrere Schlitze auf, die
mit konstanter Ganghöhe über den gesamten Umfang in Umfangs
richtung ausgebildet sind, und ist koaxial an der Drehwelle
angebracht, so daß sie zusammen mit der Drehwelle gedreht
wird. Der optische Abnehmer weist ein lichtaussendendes und
ein lichtempfangendes Element auf, die unbeweglich über die
Schlitzplatte einander gegenüber angeordnet sind. In diesem
Fall erzeugt das lichtempfangende Element einen Impulszug
derart, daß jeweils ein Impuls immmer dann ausgegeben wird,
wenn Licht vom lichtaussendenden Element durch einen der
Schlitze der Schlitzplatte geht und das lichtempfangende
Element erreicht, während die Drehwelle gedreht wird. Die
Wandlereinrichtung kann einen dritten Magnetaufzeichnungs
träger und einen dritten Magnetkopf enthalten. Der dritte
Magnetaufzeichnungsträger weist eine zylindrische magnetische
Fläche auf, die fortlaufend über den gesamten Umfang der
Drehwelle ausgebildet ist, wobei ein zyklisches Magnetisie
rungsmuster an der zylindrischen magnetischen Fläche des
dritten Magnetaufzeichnungsträgers so ausgebildet ist, daß
mehrere Magnetpole mit konstanter Ganghöhe in Umfangsrichtung
der zylindrischen magnetischen Fläche des dritten Magnetauf
zeichnungsträgers gebildet sind. Der dritte Magnetkopf ist
unbeweglich der magnetischen Fläche des dritten Magnetauf
zeichnungsträgers gegenüber angeordnet, um das zyklische
Magnetisierungsmuster an der magnetischen Fläche des dritten
Magnetaufzeichnungsträgers zu lesen, während die Drehwelle
gedreht wird, um ein zyklisches elektrisches Signal als Im
pulszug auszugeben, das dem zyklischen Magnetisierungsmuster
entspricht.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung besonders
bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrie
ben. Es zeigt
Fig. 1 den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungs
gemäßen Drehmomentdetektors,
Fig. 2 den speziellen Aufbau einer ersten Magnetaufzeich
nungsschicht des in Fig. 1 dargestellten Drehmomentdetektors,
Fig. 3 in einem Diagramm die Wellenform der Signale an den
Teilen des in Fig. 1 dargestellten Drehmomentdetektors,
Fig. 4 den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Drehmomentdetektors, insbesondere für die
Kraftübertragung eines Fahrzeuges,
Fig. 5 in einem Diagramm die Wellenform der Signale an den
Teilen des in Fig. 4 dargestellten Drehmomentdetektors, wenn
die Maschine mit einer bestimmten Bezugsantriebskraft arbei
tet,
Fig. 6 in einem Diagramm die Wellenform der Signale an den
Teilen des Drehmomentdetektors in Fig. 4 für den Fall, daß die
Maschine mit einer Antriebskraft arbeitet, die von der be
stimmten Bezugsantriebskraft abweicht,
Fig. 7 den Aufbau noch eines Ausführungsbeispiels des erfin
dungsgemäßen Drehmomentdetektors,
Fig. 8 ein Beispiel eines Magnetisierungsmusters, das an den
magnetischen Flächen einer ersten und einer zweiten magneti
schen Aufzeichnungsschicht des in Fig. 7 dargestellten Drehmo
mentdetektors ausgebildet wird,
Fig. 9 in einem Diagramm die Wellenform der Signale an den
Teilen des in Fig. 7 dargestellten Drehmomentdetektors, wenn
kein Drehmoment an der Drehwelle liegt, und
Fig. 10 in einem Diagramm die Wellenform der Signale an den
Teilen des in Fig. 7 dargestellten Drehmomentdetektors für den
Fall, daß ein Drehmoment an der Drehwelle liegt.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfin
dungsgemäßen Drehmomentdetektors dargestellt. Fig. 2 zeigt den
speziellen Aufbau einer ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11
in Fig. 1. Die in Fig. 1 dargestellte Drehwelle 10 ist bei
spielsweise die Ausgangswelle des Getriebes eines Fahrezeuges.
Die Drehwelle 10 ist an ihrem linken Ende mit einer Antriebs
quelle verbunden und liegt am rechten Ende an einer Last. Der
Drehmomentdetektor erfaßt das Drehmoment, das an der Drehwelle
10 liegt. Eine erste und eine zweite Magnetaufzeichnungs
schicht 11 und 12 sind am gesamten Umfang der Drehwelle 10 in
einem Abstand L in axialer Richtung der Drehwelle 10 vonein
ander ausgebildet.
Wie es in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, sind mehrere
magnetische Musterschichten MP, die voneinander getrennt sind,
am gesamten Außenumfang der Drehwelle 10 dadurch ausgebildet,
daß ein bestimmter Teil der Umfangsfläche der Drehwelle 10 mit
einer magnetischen Druckfarbe bedruckt ist. Die magnetische
Druckfarbe wird dadurch gebildet, daß ein magnetisches Pulver,
wie beispielsweise ein Ferritpulver in ein Epoxyharzbinde
mittel oder ein ähnliches Material dispergiert wird. In dieser
Weise wird die erste Magnetaufzeichnungsschicht 11 gebildet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung betragen die Breite d1 der magnetischen Musterschicht MP
und der Zwischenraum d2 zwischen zwei benachbarten magneti
schen Musterschichten 200µm. Die magnetischen Musterschich
ten MP sind in die gleiche Richtung vormagnetisiert, die durch
Pfeile in Fig. 2 dargestellt ist. D. h., daß ein Magnetisie
rungsmuster mit einer Ganghöhe von 400µm über den gesamten
Außenumfang der Drehwelle 10 gebildet ist, wobei das Magneti
sierungsmuster aus magnetischen Musterschichten MP und nicht
magnetisierten Bereichen zwischen zwei benachbarten magneti
schen Musterschichten besteht, die abwechselnd wiederholt
werden. In dieser Weise werden durch ein Druckverfahren mehre
re magnetische Musterschichten MP gebildet. Die Ganghöhe der
Magnetisierungsmuster an der ersten magnetischen Aufzeich
nungsschicht 11 mit den magnetischen Musterschichten MP wird
daher so genau, wie es der Genauigkeit der Maskenplatte ent
spricht, die zum Drucken benutzt wird. Statt des Druckver
fahrens kann ein Filmverfahren zum Maskieren, beispielsweise
ein Vakuumfilmverfahren, verwandt werden. Die magnetischen
Musterschichten MP können wie folgt gebildet werden. Zunächst
wird eine fortlaufende zylindrische magnetische Fläche über
den gesamten Außenumfang der Drehwelle 10 mit einem Beschich
tungsverfahren, einem Plattierungsverfahren oder ähnlichem in
Abhängigkeit vom Material der ersten Magnetaufzeichnungs
schicht 11 gebildet. Dann werden die Magnetaufzeichnungs
schichten MP auf der magnetischen Fläche mit einem Bearbei
tungsverfahren, beispielsweise einer Laserstrahlbearbeitung
oder Ätzen gebildet. Die fortlaufende zylindrische magnetische
Fläche wird auf dem gesamten Außenumfang der Drehwelle 10
ausgebildet. Die magnetische Fläche wird mit einem bestimmten
Muster vormagnetisiert, so daß mehrere Magnetpole mit kon
stanter Ganghöhe über den gesamten Außenumfang angeordnet
sind, wie es ähnlich bei dem magnetischen Maßstab des magneti
schen Drehkodierers der Fall ist. In dieser Weise kann die
erste Magnetaufzeichnungsschicht 11 gebildet werden.
Die zweite Magnetaufzeichnungsschicht 12 wird mit dem gleichen
Verfahren wie die erste Magnetaufzeichnungsschicht 11 gebil
det. Die zweite Magnetaufzeichnungsschicht 12 wird jedoch in
Form eines fortlaufenden Zylinders über den gesamten Außen
umfang der Drehwelle 10 gebildet. Darüber hinaus ist die
zylindrische magnetische Fläche nicht vormagnetisiert.
Ein erster und ein zweiter Induktionsmagnetkopf 13 und 14 sind
unbeweglich nahe den magnetischen Flächen der ersten und der
zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 11 und 12 und diesen Flä
chen gegenüber angeordnet. Der erste Magnetkopf 13 dient nur
zur Wiedergabe, um eine Änderung des magnetischen Flusses in
ein zyklisches elektrisches Signal umzuwandeln und dieses
auszugeben. Die Änderung des magnetischen Flusses wird durch
das Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche der
ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11 hervorgerufen, während
die Drehwelle 10 gedreht wird. Der zweite Magnetkopf 14 führt
eine Aufzeichnung und Wiedergabe durch. Bei der Aufzeichnung
wird ein zyklisches elektrisches Signal, das als Aufzeich
nungssignal vorliegt, in eine entsprechende Änderung des
Magnetflusses, d. h. in ein magnetisches Signal umgewandelt,
um ein Magnetisierungsmuster auf der zylindrischen magneti
schen Fläche der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 12 zu
bilden. Bei der Wiedergabe wird die Änderung des magnetischen
Flusses in ein zyklisches elektrisches Signal umgewandelt, das
ausgegeben wird. Die Änderung des magnetischen Flusses wird
durch das Magnetisierungsmuster an der magnetischen Fläche der
zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 12 bewirkt, während die
Drehwelle 10 gedreht wird. Als Magnetkopf 13 und 14 kann der
gleiche Magnetkopf vorgesehen sein, der aufzeichnen und wie
dergeben kann. Es reicht aus, daß der erste Magnetkopf 13 nur
eine Wiedergabe durchführt.
Eine erste Wiedergabeschaltung 15 stellt eine Schaltung dar,
die die Wellenform des Ausgangssignals A des ersten Magnet
kopfes 13 formt, um ein erstes Wiedergabesignal B zu erhalten.
Das erste Wiedergabesignal B liegt an einer Aufzeichnungs
schaltung 17 und einem Verstärker 18. Die Aufzeichnungsschal
tung 17 erzeugt ein Aufzeichnungssignal C synchron mit dem
ersten Wiedergabesignal B, das von der ersten Wiedergabeschal
tung 15 kommt, und gibt dieses Signal an den zweiten Magnet
kopf 14 aus. Eine zweite Wiedergabeschaltung 16 stellt eine
Schaltung dar, die die Wellenform des Ausgangssignals des
zweiten Magnetkopfes 14 formt, um ein zweites Wiedergabesignal
zu erhalten. Das zweite Wiedergabesignal liegt nur am Ver
stärker 18. Der Verstärker 18 verstärkt die Wiedergabesignale
von der ersten und der zweiten Wiedergabeschaltung 15 und 16
und gibt verstärkte Wiedergabesignale an eine Phasenunter
schieds- und Drehzahldetektorschaltung 19 aus. Die Phasen
unterschieds- und Drehzahldetektorschaltung 19 erfaßt den
Phasenunterschied Δt pro Zeiteinheit zwischen den verstärkten
Wiedergabesignalen sowie die Anzahl der Umdrehungen N pro
Zeiteinheit der Drehwelle 10 auf der Grundlage eines der
verstärkten Wiedergabesignale. Eine Drehmomentberechnungs
schaltung 20 berechnet das an der Drehwelle 10 liegende Dreh
moment T auf der Grundlage des Phasenunterschiedes Δt und der
Drehzahl N, die von der Phasenunterschieds- und Drehzahldetek
torschaltung 19 erhalten werden, und gibt das Rechenergebnis
als ermittelten Wert des Drehmomentes aus.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Drehmomentdetektors beschrieben. Der Betrieb des Drehmomentde
tektors umfaßt einen Vorbereitungsschritt und einen Schritt,
in dem das Drehmoment erfaßt wird. Im Vorbereitungsschritt
wird das Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche der
ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11 vor der Ermittlung des
anliegenden Drehmomentes ausgelesen und wird ein Magnetisie
rungsmuster, das dem Magnetisierungsmuster auf der magneti
schen Fläche der ersten Magnetaufzeichnungsschicht entspricht,
auf der magnetischen Fläche der zweiten Magnetaufzeichnungs
schicht 12 gebildet. Bei der Ermittlung des Drehmomentes
werden die Magnetisierungsmuster auf den magnetischen Flächen
der Magnetaufzeichnungsschichten 11 und 12 gleichzeitig gele
sen.
Der Vorbereitungsschritt wird in der folgenden Weise ausge
führt, während an der Drehwelle 10 keine Last liegt und die
Drehwelle ohne Drehmoment gedreht wird. Zunächst wird das auf
der magnetischen Fläche der ersten Magnetaufzeichnungsschicht
11 vorgeformte Magnetisierungsmuster durch den ersten Magnet
kopf 13 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Wie es im
oberen Teil von Fig. 3 dargestellt ist, wird das Ausgangs
signal A des ersten Magnetkopfes 13 in ein zyklisches Signal
umgewandelt, das dem Magnetisierungsmuster mit einer Ganghöhe
von 400µm der ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11 ent
spricht, bei der Magnetmusterschichten MP und nicht magneti
sierte Bereiche zwischen zwei benachbarten Magnetmusterschich
ten abwechselnd wiederholt sind. Die erste Wiedergabeschaltung
15 formt die Wellenform des Ausgangssignals A des ersten
Magnetkopfes 13, erzeugt einen Impulszug synchron mit dem
Ausgangssignal A, wie es im mittleren Teil von Fig. 3 darge
stellt ist, und gibt das entsprechende Signal als erstes
Wiedergabesignal B der Aufzeichnungsschaltung 17 aus. Die
Aufzeichnungsschaltung 17 erzeugt ein Signal mit einer Recht
eckwellenform synchron mit dem ersten Wiedergabesignal B, das
ein Tastverhältnis von etwa gleich 1 hat, und gibt dieses
Signal als Aufzeichnungssignal C dem zweiten Magnetkopf 14
aus, wie es im unteren Teil von Fig. 3 dargestellt ist. Das
Aufzeichnungssignal C am zweiten Magnetkopf 14 ist somit ein
Signal, das mit dem Ausgangssignal A des ersten Magnetkopfes
13 synchron ist. Der zweite Magnetkopf 14 wandelt das Auf
zeichnungssignal C in eine entsprechende Änderung des Magnet
flusses, d. h. in ein magnetisches Signal um. Der zweite
Magnetkopf 14 bildet somit ein Magnetisierungsmuster, das dem
Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche der Magnet
aufzeichnungsschicht 11 im Verhältnis 1 : 1 entspricht, über
den gesamten Außenumfang der magnetischen Fläche der zweiten
Magnetaufzeichnungsschicht 12.
Beim Vorbereitungsschritt ist es wichtig, daß das Magnetisie
rungsmuster auf der magnetischen Fläche der ersten Magnet
aufzeichnungsschicht 11 gelesen wird, während die Drehwelle 10
lastfrei gedreht wird, und daß ein entsprechendes Magnetisie
rungsmuster im Verhältnis 1 : 1 auf der magnetischen Fläche
der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 12 gebildet wird. D. h.
mit anderen Worten, daß das Magnetisierungsmuster, das auf der
magnetischen Fläche der ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11
vorgeformt ist, auf die magnetische Fläche der zweiten Magnet
aufzeichnungsschicht 12 bei unbelasteter Drehwelle 10 kopiert
wird. Im Gegensatz zu einem Drehmomentdetektor mit zwei magne
tischen Drehkodierern ist es daher nicht nötig, eine Umfangs
positionsverschiebung zwischen den Magnetaufzeichnungsschich
ten 11 und 12 zu berücksichtigen, wenn diese auf der Drehwelle
10 ausgebildet werden. Darüber hinaus wird eine Änderung in
der Drehzahl N0 der Drehwelle 10 im Vorbereitungsschritt
zwischen den Magnetaufzeichnungsschichten 11 und 12 ausgegli
chen. D. h. mit anderen Worten, daß selbst dann, wenn sich die
Drehzahl N0 ändert, die Ganghöhe zwischen den Magnetpolen auf
der magnetischen Fläche der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht
12 ähnlich wie bei der ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11
konstant bei 400µm liegt. Es ist insbesondere möglich, immer
Magnetisierungsmuster mit konstanter Ganghöhe auf den magneti
schen Flächen der ersten und der zweiten Magnetaufzeichnungs
schicht 11 und 12 für die Ermittlung des Drehmomentes vor
zusehen, gleichgültig, ob sich die Drehzahl der Drehwelle 10
im Vorbereitungsschritt ändert oder nicht, was im Gegensatz zu
dem Drehmomentdetektor steht, der zwei Gruppen von magneti
schen Scheiben und Magnetköpfen verwendet.
Zum Lesen des Magnetisierungsmusters auf der magnetischen
Fläche der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 12 wird der
zweite Magnetkopf 14 verwandt. Der erste und der zweite Ma
gnetkopf 13 und 14 wandeln die Änderung des magnetischen
Flusses in ein zyklisches elektrisches Signal jeweils um. Die
Änderung des magnetischen Flusses wird gleichzeitig durch die
Magnetisierungsmuster auf den magnetischen Flächen der ersten
und der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 11 und 12 verur
sacht, wenn die Drehwelle 10 gedreht wird. Selbst wenn in
diesem Fall eine Umfangspositionsverschiebung der Drehwelle 10
zwischen den Magnetköpfen 13 und 14 bei ihrer Anordnung der
ersten und der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 11 und 12
gegenüber verursacht wird, wird der Einfluß der Positionsver
schiebung der Magnetköpfe zwischen der Aufzeichnung und der
Wiedergabe ausgeglichen. Im Gegensatz zu einem Drehmomentde
tektor mit zwei magnetischen Drehkodierern bewirkt eine Posi
tionsverschiebung der Magnetköpfe keine Versetzung des Phasen
unterschiedes zwischen den Ausgangssignalen der Magnetköpfe 13
und 14. Wenn in diesem Fall die Versetzung des Phasenunter
schiedes zwischen den Ausgangssignalen der Magnetköpfe 13 und
14 auf einer Restverformung der Drehwelle 10 beruht, ohne daß
ein Drehmoment anliegt, dann wird der Vorbereitungsschritt
erneut ausgeführt, um das Magnetisierungsmuster auf der magne
tischen Fläche der ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11 erneut
auf die zweite Magnetaufzeichnungsschicht 12 zu kopieren. Es
ist folglich möglich, die Versetzung des Phasenunterschiedes
zwischen den Ausgangssignalen der Magnetköpfe 13 und 14 auszu
gleichen. Das Kopieren erfolgt somit periodisch, so daß die
Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen den Ausgangssigna
len der Magnetköpfe 13 und 14 immer gleich Null ist.
Im folgenden wird die Ermittlung des Drehmomentes beschrieben.
Wenn eine Torsionsverformung an der Drehwelle 10 aufgrund des
Drehmomentes auftritt, das durch eine Last verursacht wird,
dann ergibt sich ein Phasenunterschied, der proportional zur
Größe des Drehmomentes der Drehwelle 10 ist, zwischen den
Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Magnetkopfes 13
und 14. Die Wellenform des Ausgangssignals des ersten Magnet
kopfes 13, das dem Magnetisierungsmuster auf der magnetischen
Fläche der ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11 entspricht,
wird durch die erste Wiedergabeschaltung 15 geformt, woraufhin
das geformte Ausgangssignal am Verstärker 18 liegt. Anderer
seits wird die Wellenform des Ausganssignals des zweiten
Magnetkopfes 14, das dem Magnetisierungsmuster auf der magne
tischen Fläche der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 12
entspricht, durch die zweite Wiedergabeschaltung 16 geformt,
woraufhin das entsprechende Signal am Verstärker 18 liegt. Der
Verstärker 18 verstärkt die Eingangssignale und gibt verstärk
te Signale der Phasenunterschieds- und Drehzahldetektorschal
tung 19 aus.
Die Phasenunterschieds- und Drehzahldetektorschaltung 19
erfaßt den Phasenunterschied Δt pro Zeiteinheit zwischen den
Eingangssignalen vom Verstärker 18. Wie es oben beschrieben
wurde, ist eine Versetzung des Phasenunterschiedes Δt im
Gegensatz zu einem Drehmomentdetektor mit zwei Drehkodierern
ausgeglichen. Die Phasenunterschieds- und Drehzahldetektor
schaltung 19 berechnet die Drehzahl N der Drehwelle 10 auf der
Grundlage des gemessenen Wertes der Frequenz f des Eingangs
signals des ersten Magnetkopfes 13 nach der folgenden Glei
chung (6):
N = f/V (6)
wobei V die Anzahl der Magnetpole auf der magnetischen Fläche
der ersten Magnetaufzeichnungsschicht 11 ist. Wie es oben
beschrieben wurde, ist das Magnetisierungsmuster mit konstan
ter Ganghöhe auf der magnetischen Fläche der ersten Magnet
aufzeichnungsschicht 11 im Gegensatz zum Drehmomentdetektor
mit zwei Gruppen von magnetischen Scheiben und Magnetköpfen
vorgeformt. Das hat zur Folge, daß die Anzahl der Magnetpole V
auf der magnetischen Fläche der ersten Magnetaufzeichnungs
schicht 11 konstant ist und durch eine Änderung der Drehzahl N0
der Drehwelle 10 im Vorbereitungsschritt nicht beeinflußt
wird. Die Frequenz f des Eingangssignals auf der Seite des
ersten Magnetkopfes 13 wird nur durch die Änderung der Dreh
zahl der Drehwelle 10 im Schritt der Ermittlung des Drehmomen
tes beeinflußt. D. h. mit anderen Worten, daß die Änderung der
Frequenz f bei der Ermittlung des Drehmomentes verglichen mit
einem Drehmomentdetektor, der zwei Gruppen von magnetischen
Scheiben und Magnetköpfen verwendet, geringer ist. Die Dreh
zahl N kann genauer nach der Gleichung (6) erhalten werden. Im
Vorbereitungsschritt wird die gleiche Anzahl von Magnetpolen
mit dem gleichen Muster ähnlich wie auf der ersten Magnet
aufzeichnungsschicht 11 auf der magnetischen Fläche der zwei
ten Magnetaufzeichnungsschicht 12 gebildet. Folglich kann die
Drehzahl der Drehwelle 10 nach der Gleichung (6) unter Verwen
dung des Meßwertes der Frequenz des Eingangssignals auf der
Seite des zweiten Magnetkopfes 14 erhalten werden. Die Fre
quenz des Eingangssignals auf der Seite des zweiten Magnet
kopfes 14 entspricht der Frequenz f des Eingangssignals auf
der Seite des ersten Magnetkopfes 13.
Die Drehmomentberechnungsschaltung 20 berechnet einen Tor
sionswinkel R der Drehwelle 10 nach der Gleichung (3) auf der
Grundlage des Phasenunterschiedes Δt und der Drehzahl N, die
von der Phasenunterschieds- und Drehzahldetektorschaltung 19
kommen. Das an der Drehwelle 10 liegende Drehmoment T wird
nach der Gleichung (2) auf der Grundlage des Torsionswinkels R
berechnet. Das Rechenergebnis wird als Ermittlungswert des
Drehmomentes ausgegeben. Das anliegende Drehmoment T kann
direkt durch den Phasenunterschied Δt und die Drehzahl N nach
der folgenden Gleichung (7) erhalten werden, ohne daß der Tor
sionswinkel R der Drehwelle 10 berechnet wird. Die Gleichung
(7) wird dadurch erhalten, daß der Torsionswinkel R aus den
Gleichungen (2) und (3) eingesetzt wird.
T = µ²Gd⁴ Δt N/16L (7)
Im folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem der erfin
dungsgemäße Drehmomentdetektor bei der Kraftübertragung eines
Fahrzeuges verwandt wird. Fig. 4 zeigt den Aufbau eines weite
ren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehmomentde
tektors, wobei dieser Drehmomentdetektor bei der Kraftüber
tragung eines Fahrzeuges angewandt wird. Wie es in Fig. 4
dargestellt ist, liegt die Antriebskraft einer Maschine 30 an
einer ersten Drehwelle 32 und wird diese Kraft über eine
Kupplung 35 auf eine zweite Drehwelle 37 übertragen. Die
zweite Drehwelle 37 ist die Eingangswelle eines Getriebes 40.
Die Antriebskraft wird über eine dritte Drehwelle 42 als
Ausgangswelle des Getriebes 40 auf ein Differential 45 und
dann über eine Achse 47 auf ein Rad 50 übertragen. Wie es
schraffiert in Fig. 4 dargestellt ist, sind eine erste bis
dritte Magnetaufzeichnungsschicht M1, M2 und M3 jeweils an der
ersten bis dritten Drehwelle 32, 37 und 42 ausgebildet. Ein
erster bis dritter Magnetkopf H1, H2 und H3 sind unbeweglich
der ersten bis dritten Magnetaufzeichnungsschicht M1, M2 und
M3 jeweils gegenüber angeordnet. Ein Magnetisierungsmuster mit
konstanter Ganghöhe ist ähnlich wie bei der ersten Magnet
aufzeichnungsschicht 11 in Fig. 2 auf der magnetischen Fläche
der ersten Magnetaufzeichnungsschicht M1 vorgeformt.
Zunächst werden die Kupplung 35 und das Getriebe 40 einzeln
intern miteinander verbunden, so daß die erste und die zweite
Drehwelle 32 und 37 und die zweite und die dritte Drehwelle 37
und 42 miteinander verbunden sind. Dann wird die Antriebskraft
der Maschine 30 über bestimmte Betriebsbedingungen, wie die
Drehzahl der Maschine, die Drosselöffnung, den angesaugten
Luftstrom und ähnliches auf einen bestimmten Bezugswert ge
setzt. Der Vorbereitungsschritt wird wie folgt begonnen.
Zunächst wird durch die Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltung
60 das Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche der
ersten Magnetaufzeichnungsschicht M1 mittels des ersten Ma
gnetkopfes H1 gelesen. Der erste Magnetkopf H1 gibt ein Wie
dergabesignal aus, das der Magnetisierungsschicht auf der
magnetischen Fläche der ersten Magnetaufzeichnungsschicht M1
entspricht. Die Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltung 60
erzeugt synchron mit dem Wiedergabesignal ein Aufzeichnungs
signal, das sie dem zweiten und dem dritten Magnetkopf H2 und
H3 ausgibt. Es wird somit ein Magnetisierungsmuster, das dem
Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche der ersten
Magnetaufzeichnungsschicht M1 entspricht, mit konstanter
Ganghöhe auf den magnetischen Flächen der zweiten und der
dritten Magnetaufzeichnungsschicht M2 und M3 ausgebildet. Die
Frequenz des Aufzeichnungssignals, das am dritten Magnetkopf
H3 liegt, wird durch die Aufzeichnungs- und Wiedergabeschal
tung 60 nach Maßgabe des Übersetzungsverhältnisses des Getrie
bes 40 nach- oder eingestellt. Im folgenden wird der Einfach
heit halber angenommen, daß das Übersetzungsverhältnis gleich
1 : 1 ist.
Bei der Ermittlung des Drehmomentes liegen Wiedergabesignale
F1, F2 und F3 von den Magnetköpfen H1, H2 und H3 an einer
Berechnungsschaltung 70. Während die Maschine 30 mit der
bestimmten Bezugsleistung oder Bezugsantriebskraft arbeitet,
liegen gleiche Drehmomente wie im Vorbereitungsschritt an den
Drehwellen 32, 37 und 42. Folglich entsprechen die Wieder
gabesignale F1, F2 und F3 in ihrer Phase vollständig einander,
wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Wenn die Antriebskraft oder
-leistung der Maschine 30 von dem Bezugswert abweicht, dann
wird das an den jeweiligen Drehwellen 32, 37 und 42 liegende
Drehmoment von dem Drehmoment verschieden, das im Vorberei
tungsschritt anlag. Folglich wird ein Phasenunterschied zwi
schen den Wiedergabesignalen F1, F2 und F3 hervorgerufen, wie
es in Fig. 6 dargestellt ist. Die Berechnungsschaltung 70 kann
dann das an der zweiten und dritten Drehwelle 37 und 42 lie
gende Drehmoment über den Phasenunterschied zwischen den
Wiedergabesignalen F1, F2 und F3 und die Drehzahl der zweiten
oder dritten Drehwelle 37 und 42 auf der Grundlage des oben
beschriebenen Arbeitsprinzips berechnen.
Wenn die erfindungsgemäße Ausbildung bei der Kraftübertragung
eines Fahrzeuges angewandt wird, wie es oben beschrieben
wurde, dann kann eine Änderung im Drehmoment über die gesamte
Kraftübertragung erfaßt werden, indem lediglich die Magnet
aufzeichnungsschichten M1, M2 und M3 auf den Drehwellen 32, 37
und 42 ausgebildet werden. Das hat zur Folge, daß die gesamte
Anordnung gleichmäßig gesteuert oder geregelt werden kann.
Immer dann, wenn die Kupplung 35 und das Getriebe 40 einzeln
intern miteinander verbunden werden, wird der Vorbereitungs
schritt ausgeführt, um die Magnetisierungsmuster auf den
magnetischen Flächen der zweiten und der dritten Magnetauf
zeichnungsschicht M2 und M3 fortzuschreiben. Das hat zur
Folge, daß eine Phasenverschiebung, die durch ein wiederholtes
Anlegen und Abnehmen der Antriebskraft oder -leistung ver
ursacht wird, und ein Fehler in der Ermittlung des Drehmomen
tes aufgrund eines Spiels oder Totgangs zwischen den Getriebe
rädern usw. ausgeschlossen werden kann. Der erste bis dritte
Magnetkopf H1, H2 und H3 können in irgendeiner Lage in Um
fangsrichtung der Drehwellen 32, 37 und 42 vorgesehen sein.
Fig. 7 zeigt den Aufbau noch eines weiteren Ausführungsbei
spiels des erfindungsgemäßen Drehmomentdetektors. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Magnetauf
zeichnungsschicht 111 und 112 in einem Abstand L in axialer
Richtung der Drehwelle 110 voneinander entfernt ausgebildet.
Darüber hinaus haben die erste und die zweite Magnetaufzeich
nungsschicht 111 und 112 fortlaufende zylindrische magnetische
Flächen über den gesamten Außenumfang der Drehwelle 110 je
weils. Es ist nicht notwendig, die Magnetaufzeichnungsschich
ten 111 und 112 vorzumagnetisieren. Die magnetischen Flächen
der Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112 können durch
Aufbringen einer magnetischen Farbe an bestimmten Bereichen
auf der Umfangsfläche der Drehwelle 110 jeweils ausgebildet
werden. Die magnetische Farbe wird dadurch gebildet, daß ein
magnetisches Pulver, wie beispielsweise ein Ferritpulver, in
einem Epoxyharzbindemittel oder ähnlichem dispergiert wird.
Ein erster und ein zweiter Induktionsmagnetkopf 113 und 114
zum Aufzeichnen und Wiedergeben sind unbeweglich nahe an den
magnetischen Flächen der ersten und der zweiten Magnetauf
zeichnungsschicht 111 und 112 und diesen magnetischen Flächen
gegenüber angeordnet. Eine Aufzeichnungsschaltung 115 gibt ein
Aufzeichnungssignal an die Magnetköpfe 113 und 114 aus, um
bestimmte Magnetisierungsmuster auf den magnetischen Flächen
der Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112 auszubilden. Ein
erstes und ein zweites Wiedergabesignal X und Y liegen über
einen Verstärker 116, ein Filter 117 und eine wellenformende
Schaltung 118 an einer Phasenunterschiedsdetektorschaltung
119. Das erste Wiedergabesignal X kommt vom ersten Magnetkopf
113 und entspricht dem Magnetisierungsmuster auf der magneti
schen Fläche der ersten Magnetaufzeichungsschicht 111 zum
Zeitpunkt der Wiedergabe. Das zweite Wiedergabesignal Y kommt
vom zweiten Magnetkopf 114 und entspricht dem Magnetisierungs
muster auf der magnetischen Fläche der zweiten Magnetaufzeich
nungsschicht 112 zum Zeitpunkt der Wiedergabe. Die Phasen
unterschiedsdetektorschaltung 119 erzeugt intern ein Phasen
unterschiedssignal Z mit einer Impulsbreite, die gleich dem
Phasenunterschied Δt zwischen den beiden Eingangssignalen
ist, die durch Verarbeiten des ersten und des zweiten Wieder
gabesignals X und Y erhalten werden. Darüber hinaus mißt die
Phasenunterschiedsdetektorschaltung 119 die Impulsbreite des
Phasenunterschiedssignals Z, um den Phasenunterschied pro
Zeiteinheit zu ermitteln und diesen Wert an eine Drehmomentbe
rechnungsschaltung 120 auszugeben.
Um die Drehzahl N der Drehwelle 110 zu ermitteln, ist ein
Zahnrad 130 koaxial an der Drehwelle 110 befestigt. Das Zahn
rad 130 weist eine Anzahl von Zähnen auf, die mit konstanter
Ganghöhe über den Außenumfang des Zahnrades ausgebildet sind.
Ein elektromagnetischer Abnehmer 131 ist unbeweglich nahe an
den Zähnen des Zahnrades 130 und diesen gegenüber vorgesehen.
Der elektromagnetische Abnehmer 131 wandelt den Durchgang der
Zähne des Zahnrades 130 in einen Impulszug um. Der Impulszug
liegt an einem Drehzahldetektor 132. Der Drehzahldetektor 132
erfaßt die Drehzahl N der Drehwelle 110 auf der Grundlage des
Impulszuges vom elektromagnetischen Abnehmer 131 und gibt
diesen Wert an die Drehmomentberechnungsschaltung 120 aus. Die
Drehmomentberechnungsschaltung 120 berechnet das an der Dreh
welle 110 liegende Drehmoment T auf der Grundlage des Phasen
unterschiedes Δt von der Phasenunterschiedsdetektorschaltung
119 und der Drehzahl N vom Drehzahldetektor 132. Das Rechen
ergebnis wird als ermittelter Wert des Drehmomentes ausgege
ben.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des oben beschriebenen
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehmomentdetektors
näher erläutert. Die Arbeit des Drehmomentdetektors umfaßt
einen Vorbereitungsschritt und einen Schritt, in dem das
eigentliche Drehmoment ermittelt wird. Im Vorbereitungsschritt
wird dasselbe Magnetisierungsmuster auf den magnetischen
Flächen der ersten und der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht
111 und 112 vor der Ermittlung des anliegenden Drehmomentes
ausgebildet. Im Schritt der Ermittlung des Drehmomentes werden
die Magnetisierungsmuster auf den magnetischen Flächen der
Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112 gleichzeitig ausgele
sen.
Der Vorbereitungsschritt wird in der folgenden Weise ausge
führt, während an der Drehwelle 110 keine Last liegt und die
Drehwelle ohne Drehmoment gedreht wird. Zunächst erzeugt die
Aufzeichnungsschaltung 115 ein Impulssignal mit konstanter
Frequenz f0. Das Impulssignal liegt als gemeinsames Aufzeich
nungssignal am ersten und am zweiten Magnetkopf 113 und 114.
Die Magnetköpfe 113 und 114 wandeln die Aufzeichnungssignale
in entsprechende impulsförmige Änderungen des Magnetflusses,
d. h. in magnetische Impulssignale um. Es wird daher das
gleiche impulsförmige Magnetisierungsmuster über den gesamten
Außenumfang der magnetischen Flächen der Magnetaufzeichnungs
schichten 111 und 112 durch die Magnetköpfe 113 und 114 ausge
bildet.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel der Magnetisierungsmuster, die
jeweils auf den magnetischen Flächen der ersten und der zwei
ten Magnetaufzeichnungsschicht 111 und 112 im Vorbereitungs
schritt ausgebildet werden. In Fig. 8 geben die auf den magne
tischen Flächen der Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112
gezogenen Linien die Positionen wieder, an denen magnetische
Impulssignale liegen. Wenn die Drehwelle 110 mit einer kon
stanten Geschwindigkeit und Drehzahl N0 gedreht wird, dann
haben die Magnetisierungsmuster auf den magnetischen Flächen
der Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112 mehrere Magnetpo
le, die mit konstanter Ganghöhe über den gesamten Außenumfang
dem Aufzeichnungssignal mit einer konstanten Frequenz f0
entsprechend ausgebildet sind, das von der Aufzeichnungsschal
tung 115 kommt. Die Drehzahl N0 der Drehwelle 110 ändert sich
jedoch tatsächlich. Folglich ändert sich die Ganghöhe der
Magnetpole der Magnetisierungsmuster auf den magnetischen
Flächen der Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112, wie es
in Fig. 8 dargestellt ist. Die Magnetaufzeichnungsschichten
111 und 112 sind auf der Drehwelle 110 ausgebildet und empfan
gen magnetische Impulssignale, die auf der Grundlage des
Ausgangssignals der Aufzeichnungsschaltung 115 miteinander
synchron sind. Folglich ändern sich die Magnetisierungsmuster
auf den magnetischen Flächen der Magnetaufzeichnungsschichten
111 und 112 in gleicher Weise mit einer Änderung der Drehzahl
der Drehwelle 110.
Fig. 9 zeigt die Wellenform des ersten und des zweiten Wieder
gabesignals X und Y, die dann gebildet werden, wenn die Magne
tisierungsmuster auf den magnetischen Flächen der ersten und
der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 111 und 112 ausgelesen
werden, wenn an der Drehwelle 110 keine Last liegt, wie es
ähnlich im Vorbereitungsschritt der Fall ist. Die Wiedergabe
signale X und Y sind Signale mit Impulszügen, die in die
positive und negative Richtung gehen, was der Tatsache ent
spricht, daß die Magnetisierungsmuster auf den magnetischen
Flächen der Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112 durch
magnetische Impulssignale gebildet sind. Die Änderung der
Ganghöhe zwischen den Magnetpolen der magnetischen Flächen der
Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112 überlappt die Ände
rung der Drehzahl der Drehwelle 110 zum Zeitpunkt des Lesens
des Magnetisierungsmusters. Dadurch ergibt sich eine starke
Änderung des Zwischenraumens zwischen den Impulsen, wie es bei
bei P1 und P2 in Fig. 9 dargestellt ist. D. h., daß sich die
Frequenz f der Wiedergabesignale X und Y stark ändert.
Die Wiedergabesignale X und Y sind jedoch vollständig phasen
gleich. Im Gegensatz zu einem Drehmomentdetektor mit zwei
magnetischen Drehkodierern führt selbst dann, wenn eine Um
fangspositionsverschiebung der Drehwelle 110 zwischen dem
ersten und dem zweiten Magnetkopf 113 und 114 auftritt, wenn
diese den magnetischen Flächen der ersten und zweiten Magnet
aufzeichnungsschicht 111 und 112 gegenüber angeordnet werden,
diese Positionsverschiebung der Magnetköpfe nicht zu einer
Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen den Wiedergabe
signalen X und Y. Wenn die Versetzung des Phasenunterschiedes
zwischen den Wiedergabesignalen X und Y auf einer Restver
formung der Drehwelle 110 beruht, ohne daß ein Drehmoment
anliegt, dann wird der Vorbereitungsschritt erneut ausgeführt,
um die Magnetisierungsmuster auf den magnetischen Flächen der
Magnetaufzeichnungsschichten 111 und 112 neu zu formen. Es ist
daher möglich, eine Versetzung des Phasenunterschiedes immer
zu unterdrücken. Das Kopieren erfolgt somit periodisch, so daß
die Versetzung des Phasenunterschiedes zwischen den Wieder
gabesignalen X und Y immer gleich Null ist.
Im folgenden wird der Schritt der Ermittlung des Drehmomentes
als zweiter Arbeitsteil beschrieben. Wenn eine Torsionsver
formung an der Drehwelle 110 auftritt, die auf dem Drehmoment
beruht, das durch die Last verursacht wird, dann tritt ein
Phasenunterschied, der proportional zur Größe der Torsion der
Drehwelle 110 ist, zwischen den Wiedergabesignalen X und Y des
ersten und des zweiten Magnetkopfes 113 und 114 auf. Im oberen
und mittleren Teil von Fig. 10 sind die Wellenformen des
ersten und des zweiten Wiedergabesignals X und Y mit einem
dazwischen bestehenden Phasenunterschied dargestellt. Die
Wiedergabesignale X und Y liegen über den Verstärker 116, das
Filter 117 und die wellenformende Schaltung 118 an der Phasen
unterschiedsdetektorschaltung 119.
Die Phasenunterschiedsdetektorschaltung 119 erzeugt intern ein
Phasenunterschiedssignal Z mit einer Impulsbreite, die gleich
dem Zwischenraum zwischen den Impulsen des ersten und des
zweiten Wiedergabesignals X und Y, d. h. gleich dem Phasen
unterschied Δt zwischen den Wiedergabesignalen X und Y ist.
Das Phasenunterschiedssignal Z ändert sich stark in seiner
Frequenz f und hat eine Impulsbreite, die gleich dem Phasen
unterschied Δt zwischen den Wiedergabesignalen X und Y ist,
wie es im unteren Teil von Fig. 10 dargestellt ist. Die Pha
senunterschiedsdetektorschaltung 119 erfaßt den Phasenunter
schied Δt pro Zeiteinheit zwischen den Wiedergabesignalen X
und Y, indem sie die Impulsbreite des Phasenunterschiedssi
gnals Z mißt. D. h. mit anderen Worten, daß selbst bei einer
Änderung der Frequenz f der Wiedergabesignale X und Y der
Phasenunterschied Δt zwischen den Wiedergabesignalen X und Y
fehlerfrei erfaßt werden kann. Der Phasenunterschied Δt, der
mit hoher Genauigkeit erhalten werden kann, liegt an der
Drehmomentberechnungsschaltung 120.
Wenn der Torsionswinkel R der Drehwelle 110 zu berechnen ist,
dann wird sowohl der Phasenunterschied Δt als auch die Dreh
zahl N der Drehwelle 110 benötigt. Im Gegensatz zu einem
Drehmomentdetektor mit zwei Gruppen von magnetischen Scheiben
und Magnetköpfen wird die Drehzahl N nicht durch das erste und
das zweite Wiedergabesignal X und Y auf der Grundlage der
Magnetisierungsmuster auf den magnetischen Flächen der ersten
und der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 111 und 112, son
dern durch das Zahnrad 130 auf der Drehwelle 110, den elek
tromagnetischen Abnehmer 131, der dem Zahnrad 110 gegenüber
und nahe an dem Zahnrad 130 angeordnet ist, und den Drehzahl
detektor 132 ermittelt, der den Impulszug vom elektromagneti
schen Abnehmer 131 empfängt. Die Drehzahl N kann wie folgt
erhalten werden. Das Zahnrad 130, das koaxial auf der Drehwel
le 110 sitzt, wird mit der gleichen Drehzahl wie die Drehwelle
110 gedreht. Wie es oben beschrieben wurde, weist das Zahnrad
130 Zähne auf, die mit konstanter Ganghöhe über seinen Außen
umfang vorgesehen sind. Der unbewegliche elektromagnetische
Abnehmer 131 gibt einen Impuls zum Drehzahldetektor 132 bei
jedem Durchgang eines Zahnes des Zahnrades 130 aus. Die Dreh
zahl N der Drehwelle 110 wird durch den Drehzahldetektor 132
auf der Grundlage des Meßwertes der Frequenz f des Impulszuges
vom elektromagnetischen Abnehmer 130 erhalten:
N = f/W (8)
wobei W die Anzahl der Zähne ist, die am Außenumfang des
Zahnrades 130 ausgebildet sind, und diese Anzahl eine Kon
stante ist, die durch eine Änderung in der Drehzahl N0 der
Drehwelle 110 im Vorbereitungsschritt nicht beeinflußt wird.
Die Zähne sind darüber hinaus mit konstanter Ganghöhe am
Außenumfang des Zahnrades 130 ausgebildet, wie es oben be
schrieben wurde. Im Gegensatz zu dem Drehmomentdetektor mit
zwei Gruppen von magnetischen Scheiben und Magnetköpfen wird
daher die Frequenz f des Impulszuges vom elektromagnetischen
Abnehmer 131 nur durch eine Änderung in der Drehzahl der Dreh
welle 110 bei der tatsächlichen Ermittlung des Drehmomentes
beeinflußt. D. h. mit anderen Worten, daß die Drehzahl N der
Drehwelle 110 verglichen mit einem Drehmomentdetektor, der
zwei Gruppen von magnetischen Scheiben und Magnetköpfen ver
wendet, genauer erhalten werden kann.
Die Drehmomentberechnungsschaltung 120 berechnet den Torsions
winkel R der Drehwelle 110 nach der Gleichung (3) auf der Grund
lage des Phasenunterschiedes Δt von der Phasenunterschieds
detektorschaltung 119 und der Drehzahl N vom Drehzahldetektor
132. Das an der Drehwelle 110 liegende Drehmoment T wird nach
der Gleichung (2) auf der Grundlage des Torsionswinkels R be
rechnet. Das Rechenergebnis wird als Wert des ermittelten
Drehmomentes ausgegeben. Das anliegende Drehmoment T kann
direkt durch den Phasenunterschied Δt und die Drehzahl N nach
der Gleichung (7) erhalten werden, ohne daß der Torsionswinkel R
der Drehwelle 110 berechnet wird.
Die Phasenunterschiedsdetektorschaltung 119 bei dem vorliegen
den Ausführungsbeispiel der Erfindung kann intern das Phasen
unterschiedssignal Z mit einer Impulsbreite, die gleich dem
Phasenunterschied Δt zwischen dem ersten und dem zweiten
Wiedergabesignal X und Y ist, selbst dann erzeugen, wenn ein
Impuls als Wiedergabesignal X und Y immer dann erzeugt wird,
wenn sich die Drehwelle 110 einmal gedreht hat. Darüber hinaus
kann die Phasenunterschiedsdetektorschaltung 119 den Phasen
unterschied Δt pro Zeiteinheit zwischen den Wiedergabesigna
len X und Y dadurch erfassen, daß sie die Impulsbreite des
Phasenunterschiedssignals Z mißt. Selbst wenn somit eine
Magnetisierung in Form nur eines Impulses an den magnetischen
Flächen der ersten und der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht
111 und 112 im Vorbereitungsschritt liegt, kann die Phasen
unterschiedsdetektorschaltung 119 den Phasenunterschied Δt
zwischen den Wiedergabesignalen X und Y bei der Ermittlung des
Drehmomentes erfassen. Wenn die Zeit der Meßwertnahme, der
angenommene maximale Wert des Drehmomentes, die Drehzahl der
Drehwelle 110 und ähnliches zum Zeitpunkt der Berechnung des
Drehmomentes berücksichtigt werden, ist es in der Praxis
bevorzugt, daß eine Magnetisierung in Form von mehreren Impul
sen an den magnetischen Flächen der Magnetaufzeichnungsschich
ten 111 und 112 liegt. In diesem Fall ist es wünschenswert,
daß die Ganghöhe zwischen den Magnetpolen konstant ist.
Statt der ersten und der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht
111 und 112 können zwei Magnetaufzeichnungsträger, wie bei
spielsweise magnetische Trommeln, magnetische Scheiben und
ähnliches verwandt werden, die koaxial auf der Drehwelle 110
befestigt sind. Es kann ein einfaches Verfahren angewandt
werden, bei dem ein Magnetband eines Tonbandgerätes auf zwei
Teile der Drehwelle 110 gewickelt und geklebt wird.
Statt der Kombination aus dem Zahnrad 130 und dem elektroma
gnetischen Abnehmer 131 kann der folgende Aufbau verwandt
werden, um die Drehzahl N der Drehwelle 110 zu erfassen.
Beispielsweise kann eine kreisförmige Schlitzplatte mit einem
optischen Abnehmer kombiniert werden. Die kreisförmige
Schlitzplatte weist mehrere Schlitze auf, die in Umfangsrich
tung mit konstanter Ganghöhe angeordnet sind. Der optische
Abnehmer umfaßt ein lichtaussendendes und lichtempfangendes
Element. Die Schlitzplatte ist koaxial auf der Drehwelle 110
befestigt. Das lichtaussendende und das lichtempfangende
Element des optischen Abnehmers sind unbeweglich über die
Schlitzplatte einander gegenüber vorgesehen. Nur dann, wenn
sich die Schlitze in der Schitzplatte, die zusammen mit der
Drehwelle 110 gedreht wird, auf einer geraden Linie befinden,
die das lichtaussendende und das lichtempfangende Element
verbindet, erreicht das Licht vom lichtaussendenden Element
das lichtempfangende Element. Es kann daher vom lichtempfan
genden Element ein Impulszug mit einer Frequenz erhalten
werden, die proportional zur Drehzahl N der Drehwelle 110 ist.
Es kann auch der folgende Aufbau verwandt werden. Es wird
insbesondere eine durchgehende zylindrische Magnetfläche als
dritte Magnetaufzeichnungsschicht über den gesamten Außen
umfang der Drehwelle 110 ausgebildet, die ähnlich der ersten
und der zweiten Magnetaufzeichnungsschicht 111 und 112 ist.
Die magnetische Fläche wird mit einem bestimmten Muster derart
vormagnetisiert, daß mehrere Magnetpole mit konstanter Ganghö
he über den gesamten Außenumfang der magnetischen Fläche
angeordnet sind, wie es ähnlich bei einem magnetischen Maßstab
des magnetischen Drehkodierers der Fall ist. Die in dieser
Weise vormagnetisierte dritte magnetische Fläche kann anstelle
des Zahnrades 130 verwandt werden. In diesem Fall ist ein
dritter Magnetkopf nur zum Wiedergeben unbeweglich nahe an der
magnetischen Fläche der dritten Magnetaufzeichnungsschicht und
dieser gegenüber statt des elektromagnetischen Abnehmers 131
angeordnet. Es können darüber hinaus verschiedene Einrichtun
gen anstelle der Einrichtung zum Erfassen des Phasenunter
schiedes t mit einer ersten und einer zweiten Magnetauf
zeichnungsschicht 111 und 112 oder ähnliches verwandt werden,
um die Drehzahl N der Drehwelle 110 zu ermitteln.
Claims (9)
1. Drehmomentdetektor zum Erfassen des Drehmomentes, das an
einer zu drehenden Drehwelle liegt,
gekennzeichnet durch ,
einen ersten Magnetaufzeichnungsträger (11) mit einer magnetischen Fläche und einem zyklischen Magnetisierungs muster, das mit konstanter Ganghöhe auf der magnetischen Fläche vorgeformt ist, der auf der Umfangsfläche der Drehwelle (10) befestigt ist und zusammen mit der Dreh welle (10) gedreht wird,
einen zweiten Magnetaufzeichnungsträger (12) mit einer magnetischen Fläche, der auf der Umfangsfläche der Dreh welle (10) in einem bestimmten Abstand L in axialer Rich tung der Drehwelle (10) von dem ersten Magnetaufzeich nungsträger (11) entfernt angeordnet ist und zusammen mit der Drehwelle (10) gedreht wird,
einen ersten Magnetkopf (13), der unbeweglich der magne tischen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers (11) gegenüber angeordnet ist und das zyklische Magnetisie rungsmuster auf der magnetischen Fläche des ersten Ma gnetaufzeichnungsträgers (11) liest, während die Drehwel le (10) gedreht wird, und ein zyklisches elektrisches Signal als erstes Wiedergabesignal ausgibt, das dem zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht,
einen zweiten Magnetkopf (14), der unbeweglich der magne tischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (12) gegenüber angeordnet ist und synchron mit dem ersten Wiedergabesignal vom ersten Magnetkopf (13) ein Aufzeich nungssignal empfängt, während die Drehwelle (10) gedreht wird, ohne daß ein Drehmoment anliegt, und der ein Magne tisierungsmuster, das dem Aufzeichnungssignal entspricht, auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeich nungsträgers (12) ausbildet sowie das Magnetisierungs muster auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnet aufzeichnungsträgers (12) liest, während die Drehwelle (10) mit anliegendem Drehmoment gedreht wird, und ein zyklisches elektrisches Signal als zweites Wiedergabesi gnal ausgibt, das dem Magnetisierungsmuster entspricht,
eine Phasenunterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung (19), an der das erste und das zweite Wiedergabesignal liegen, die gleichzeitig vom ersten und zweiten Magnet kopf (13, 14) ausgegeben werden, während die Drehwelle mit anliegendem Drehmoment gedreht wird, und die den Phasenunterschied pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Wiedergabesignal und die Drehzahl der Dreh welle (10) auf der Grundlage des ersten oder des zweiten Wiedergabesignals erfaßt, und
eine Drehmomentberechnungseinrichtung (20), die das an der Drehwelle (10) liegende Drehmoment auf der Grundlage des Phasenunterschiedes und der Drehzahl von der Phasen unterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung (19) be rechnet.
einen ersten Magnetaufzeichnungsträger (11) mit einer magnetischen Fläche und einem zyklischen Magnetisierungs muster, das mit konstanter Ganghöhe auf der magnetischen Fläche vorgeformt ist, der auf der Umfangsfläche der Drehwelle (10) befestigt ist und zusammen mit der Dreh welle (10) gedreht wird,
einen zweiten Magnetaufzeichnungsträger (12) mit einer magnetischen Fläche, der auf der Umfangsfläche der Dreh welle (10) in einem bestimmten Abstand L in axialer Rich tung der Drehwelle (10) von dem ersten Magnetaufzeich nungsträger (11) entfernt angeordnet ist und zusammen mit der Drehwelle (10) gedreht wird,
einen ersten Magnetkopf (13), der unbeweglich der magne tischen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers (11) gegenüber angeordnet ist und das zyklische Magnetisie rungsmuster auf der magnetischen Fläche des ersten Ma gnetaufzeichnungsträgers (11) liest, während die Drehwel le (10) gedreht wird, und ein zyklisches elektrisches Signal als erstes Wiedergabesignal ausgibt, das dem zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht,
einen zweiten Magnetkopf (14), der unbeweglich der magne tischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (12) gegenüber angeordnet ist und synchron mit dem ersten Wiedergabesignal vom ersten Magnetkopf (13) ein Aufzeich nungssignal empfängt, während die Drehwelle (10) gedreht wird, ohne daß ein Drehmoment anliegt, und der ein Magne tisierungsmuster, das dem Aufzeichnungssignal entspricht, auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeich nungsträgers (12) ausbildet sowie das Magnetisierungs muster auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnet aufzeichnungsträgers (12) liest, während die Drehwelle (10) mit anliegendem Drehmoment gedreht wird, und ein zyklisches elektrisches Signal als zweites Wiedergabesi gnal ausgibt, das dem Magnetisierungsmuster entspricht,
eine Phasenunterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung (19), an der das erste und das zweite Wiedergabesignal liegen, die gleichzeitig vom ersten und zweiten Magnet kopf (13, 14) ausgegeben werden, während die Drehwelle mit anliegendem Drehmoment gedreht wird, und die den Phasenunterschied pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Wiedergabesignal und die Drehzahl der Dreh welle (10) auf der Grundlage des ersten oder des zweiten Wiedergabesignals erfaßt, und
eine Drehmomentberechnungseinrichtung (20), die das an der Drehwelle (10) liegende Drehmoment auf der Grundlage des Phasenunterschiedes und der Drehzahl von der Phasen unterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung (19) be rechnet.
2. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Magnetaufzeichnungsträger (11) eine magne
tische Fläche mit einer Vielzahl von magnetischen Muster
schichten (11P) aufweist, die mit konstanter Ganghöhe
über den gesamten Außenumfang der Drehwelle (10) so
ausgebildet sind, daß mehrere magnetische Musterschichten
voneinander getrennt und einzeln vormagnetisiert sind.
3. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite
Magnetaufzeichnungsträger (11, 12) jeweils zylindrische
magnetische Flächen aufweisen, die fortlaufend über den
gesamten Außenumfang der Drehwelle (10) ausgebildet sind,
wobei die zylindrische magnetische Fläche des ersten
Magnetaufzeichnungsträgers (11) nur zyklisch so vormagne
tisiert ist, daß mehrere Magnetpole mit konstanter Gang
höhe in Umfangsrichtung der zylindrischen magnetischen
Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers (11) an
geordnet sind.
4. Drehmomentdetektor zum Erfassen des Drehmomentes, das an
einer Drehwelle der Kraftübertragung eines Fahrzeuges
liegt, die eine erste Drehwelle, die durch die Antriebs
kraft der Maschine gedreht wird, und eine zweite Drehwel
le umfaßt, die lösbar mit der ersten Drehwelle verbunden
ist, um die Antriebskraft der Maschine zu übertragen,
gekennzeichnet durch
einen ersten Magnetaufzeichnungsträger (M1) mit einer magnetischen Fläche und einem zylindrischen Magnetisie rungsmuster, das mit konstanter Ganghöhe auf der magneti schen Fläche vorgeformt ist, der auf der Umfangsfläche der ersten oder der zweiten Drehwelle (32) befestigt ist und zusammen mit der Drehwelle (32) gedreht wird,
einen zweiten Magnetaufzeichnungsträger (M2) mit einer magnetischen Fläche, der auf der Umfangsfläche der ande ren Drehwelle (37) befestigt ist und zusammen mit dieser Drehwelle (37) gedreht wird,
einen ersten Magnetkopf (H1), der unbeweglich der magne tischen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers (M1) gegenüber angeordnet ist und das zyklische Magnetisie rungsmuster auf der magnetischen Fläche des ersten Ma gnetaufzeichnungsträgers (M1) liest, während die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) miteinander verbunden sind und gedreht werden, und ein zyklisches elektrisches Signal als erstes Wiedergabesignal ausgibt, das dem zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht,
einen zweiten Magnetkopf (H2), der unbeweglich der magne tischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (M2) gegenüber angeordnet ist und ein Aufzeichnungssignal synchron mit dem ersten Wiedergabesignal vom ersten Magnetkopf (Ml) empfängt, während die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) miteinander verbunden sind und bei einer bestimmten Bezugsantriebskraft der Maschine gedreht werden, und der ein Magnetisierungsmuster, das dem Aufzeichnungssignal entspricht, auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (M2) bildet und das Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (M2) liest, wäh rend die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) mitein ander verbunden sind und mit einer Maschinenantriebskraft gedreht werden, die von der bestimmten Bezugsantriebs kraft abweicht, und der ein zyklisches elektrisches Signal als zweites Wiedergabesignal ausgibt, das dem Magnetisierungsmuster entspricht,
eine Phasenunterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung, an der das erste und das zweite Wiedergabesignal liegen, die gleichzeitig vom ersten und zweiten Magnetkopf (H1, H2) ausgegeben werden, während die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) miteinander verbunden sind und mit einer Maschinenantriebskraft gedreht werden, die von der bestimmten Bezugsantriebskraft abweicht, und die den Phasenunterschied pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Wiedergabesignal und die Drehzahl der zweiten Drehwelle (37) auf der Grundlage des ersten oder zweiten Wiedergabesignals ermittelt, und
eine Drehmomentberechnungseinrichtung (70), die das Drehmoment, das an der zweiten Drehwelle (37) bei einer Maschinenantriebskraft liegt, die von der bestimmten Bezugsantriebskraft abweicht, auf der Grundlage des Phasenunterschiedes und der Drehzahl von der Phasenunter schieds- und Drehzahldetektoreinrichtung berechnet.
einen ersten Magnetaufzeichnungsträger (M1) mit einer magnetischen Fläche und einem zylindrischen Magnetisie rungsmuster, das mit konstanter Ganghöhe auf der magneti schen Fläche vorgeformt ist, der auf der Umfangsfläche der ersten oder der zweiten Drehwelle (32) befestigt ist und zusammen mit der Drehwelle (32) gedreht wird,
einen zweiten Magnetaufzeichnungsträger (M2) mit einer magnetischen Fläche, der auf der Umfangsfläche der ande ren Drehwelle (37) befestigt ist und zusammen mit dieser Drehwelle (37) gedreht wird,
einen ersten Magnetkopf (H1), der unbeweglich der magne tischen Fläche des ersten Magnetaufzeichnungsträgers (M1) gegenüber angeordnet ist und das zyklische Magnetisie rungsmuster auf der magnetischen Fläche des ersten Ma gnetaufzeichnungsträgers (M1) liest, während die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) miteinander verbunden sind und gedreht werden, und ein zyklisches elektrisches Signal als erstes Wiedergabesignal ausgibt, das dem zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht,
einen zweiten Magnetkopf (H2), der unbeweglich der magne tischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (M2) gegenüber angeordnet ist und ein Aufzeichnungssignal synchron mit dem ersten Wiedergabesignal vom ersten Magnetkopf (Ml) empfängt, während die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) miteinander verbunden sind und bei einer bestimmten Bezugsantriebskraft der Maschine gedreht werden, und der ein Magnetisierungsmuster, das dem Aufzeichnungssignal entspricht, auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (M2) bildet und das Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (M2) liest, wäh rend die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) mitein ander verbunden sind und mit einer Maschinenantriebskraft gedreht werden, die von der bestimmten Bezugsantriebs kraft abweicht, und der ein zyklisches elektrisches Signal als zweites Wiedergabesignal ausgibt, das dem Magnetisierungsmuster entspricht,
eine Phasenunterschieds- und Drehzahldetektoreinrichtung, an der das erste und das zweite Wiedergabesignal liegen, die gleichzeitig vom ersten und zweiten Magnetkopf (H1, H2) ausgegeben werden, während die erste und die zweite Drehwelle (32, 37) miteinander verbunden sind und mit einer Maschinenantriebskraft gedreht werden, die von der bestimmten Bezugsantriebskraft abweicht, und die den Phasenunterschied pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Wiedergabesignal und die Drehzahl der zweiten Drehwelle (37) auf der Grundlage des ersten oder zweiten Wiedergabesignals ermittelt, und
eine Drehmomentberechnungseinrichtung (70), die das Drehmoment, das an der zweiten Drehwelle (37) bei einer Maschinenantriebskraft liegt, die von der bestimmten Bezugsantriebskraft abweicht, auf der Grundlage des Phasenunterschiedes und der Drehzahl von der Phasenunter schieds- und Drehzahldetektoreinrichtung berechnet.
5. Drehmomentdetektor zum Erfassen des Drehmomentes, das an
einer zu drehenden Drehwelle liegt,
gekennzeichnet durch
einen ersten und einen zweiten Magnetaufzeichnungsträger (111, 112) mit jeweiligen magnetischen Flächen, die auf einer Umfangsfläche der Drehwelle (110) in einem bestimm ten Abstand L in axialer Richtung der Drehwelle (110) voneinander befestigt sind und zusammen mit der Drehwelle (110) gedreht werden,
einen ersten und einen zweiten Magnetkopf (113, 114), die unbeweglich den magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (111, 112) gegenüber angeordnet sind und ein gemeinsames Aufzeichnungssignal empfangen, während die Drehwelle (110) gedreht wird, ohne daß ein Drehmoment anliegt, und jeweils identische Magne tisierungsmuster, die dem gemeinsamen Aufzeichnungssignal entsprechen, auf den magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (111, 112) bilden und die jeweiligen Magnetisierungsmuster, die auf den magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnet aufzeichnungsträgers (111, 112) gebildet sind, lesen, während die Drehwelle (110) mit anliegendem Drehmoment gedreht wird, und jeweilige zyklische elektrische Signale als erstes und zweites Wiedergabesignal ausgeben, die den jeweiligen Magnetisierungsmustern entsprechen,
eine Phasenunterschiedsdetektoreinrichtung (119), die das erste und das zweite Wiedergabesignal empfängt, die gleichzeitig vom ersten und zweiten Magnetkopf (113, 114) ausgegeben werden, während die Drehwelle (110) mit anlie gendem Drehmoment gedreht wird, und die den Phasenunter schied pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zwei ten Wiedergabesignal erfaßt,
eine Drehzahldetektoreinrichtung (130, 131, 132) mit einer Wandlereinrichtung (130, 131) die einen Impulszug mit konstanter Frequenz erzeugt, die proportional zu der konstanten Drehzahl der Drehwelle (110) ist, und mit einem Drehzahldetektor (132), der die Drehzahl der Dreh welle (110) auf der Grundlage des Impulszuges von der Wandlereinrichtung (131) erfaßt, wobei die Phasenunter schiedsdetektoreinrichtung (119) das erste und das zweite Wiedergabesignal mit Phasenunterschied empfängt, und
eine Drehmomentberechnungseinrichtung (120), die das an der Drehwelle (110) liegende Drehmoment auf der Grundlage des Phasenunterschiedes von der Phasenunterschiedsdetek toreinrichtung (119) und der Drehzahl von der Drehzahlde tektoreinrichtung (130, 131, 132) berechnet.
einen ersten und einen zweiten Magnetaufzeichnungsträger (111, 112) mit jeweiligen magnetischen Flächen, die auf einer Umfangsfläche der Drehwelle (110) in einem bestimm ten Abstand L in axialer Richtung der Drehwelle (110) voneinander befestigt sind und zusammen mit der Drehwelle (110) gedreht werden,
einen ersten und einen zweiten Magnetkopf (113, 114), die unbeweglich den magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (111, 112) gegenüber angeordnet sind und ein gemeinsames Aufzeichnungssignal empfangen, während die Drehwelle (110) gedreht wird, ohne daß ein Drehmoment anliegt, und jeweils identische Magne tisierungsmuster, die dem gemeinsamen Aufzeichnungssignal entsprechen, auf den magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnetaufzeichnungsträgers (111, 112) bilden und die jeweiligen Magnetisierungsmuster, die auf den magnetischen Flächen des ersten und des zweiten Magnet aufzeichnungsträgers (111, 112) gebildet sind, lesen, während die Drehwelle (110) mit anliegendem Drehmoment gedreht wird, und jeweilige zyklische elektrische Signale als erstes und zweites Wiedergabesignal ausgeben, die den jeweiligen Magnetisierungsmustern entsprechen,
eine Phasenunterschiedsdetektoreinrichtung (119), die das erste und das zweite Wiedergabesignal empfängt, die gleichzeitig vom ersten und zweiten Magnetkopf (113, 114) ausgegeben werden, während die Drehwelle (110) mit anlie gendem Drehmoment gedreht wird, und die den Phasenunter schied pro Zeiteinheit zwischen dem ersten und dem zwei ten Wiedergabesignal erfaßt,
eine Drehzahldetektoreinrichtung (130, 131, 132) mit einer Wandlereinrichtung (130, 131) die einen Impulszug mit konstanter Frequenz erzeugt, die proportional zu der konstanten Drehzahl der Drehwelle (110) ist, und mit einem Drehzahldetektor (132), der die Drehzahl der Dreh welle (110) auf der Grundlage des Impulszuges von der Wandlereinrichtung (131) erfaßt, wobei die Phasenunter schiedsdetektoreinrichtung (119) das erste und das zweite Wiedergabesignal mit Phasenunterschied empfängt, und
eine Drehmomentberechnungseinrichtung (120), die das an der Drehwelle (110) liegende Drehmoment auf der Grundlage des Phasenunterschiedes von der Phasenunterschiedsdetek toreinrichtung (119) und der Drehzahl von der Drehzahlde tektoreinrichtung (130, 131, 132) berechnet.
6. Drehmomentdetektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Magnetaufzeichnungsträger
(111, 112) jeweils zylindrische magnetische Flächen
aufweisen, die fortlaufend über den gesamten Umfang der
Drehwelle (110) ausgebildet sind.
7. Drehmomentdetektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandlereinrichtung (130, 131)
ein Zahnrad (130) mit einer Vielzahl von Zähnen, die mit konstanter Ganghöhe über die gesamte äußere Umfangsfläche ausgebildet sind, das an der Drehwelle (110) koaxial befestigt ist und zusammen mit der Drehwelle (110) ge dreht wird, und
einen elektromagnetischen Abnehmer (131) umfaßt, der unbeweglich so angeordnet ist, daß die Zähne des Zahnra des (130) der Reihe nach in der Nähe vorbeigehen, während die Drehwelle (110) gedreht wird, um den Impulszug zu erzeugen derart, daß ein Impuls immer dann ausgegeben wird, wenn einer der Zähne des Zahnrades (130) in der Nähe vorbeigeht.
ein Zahnrad (130) mit einer Vielzahl von Zähnen, die mit konstanter Ganghöhe über die gesamte äußere Umfangsfläche ausgebildet sind, das an der Drehwelle (110) koaxial befestigt ist und zusammen mit der Drehwelle (110) ge dreht wird, und
einen elektromagnetischen Abnehmer (131) umfaßt, der unbeweglich so angeordnet ist, daß die Zähne des Zahnra des (130) der Reihe nach in der Nähe vorbeigehen, während die Drehwelle (110) gedreht wird, um den Impulszug zu erzeugen derart, daß ein Impuls immer dann ausgegeben wird, wenn einer der Zähne des Zahnrades (130) in der Nähe vorbeigeht.
8. Drehmomentdetektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandlereinrichtung
eine Schlitzplatte mit mehreren Schlitzen, die mit kon stanter Ganghöhe über den gesamten Außenumfang in Um fangsrichtung ausgebildet sind, die koaxial an der Dreh welle befestigt ist und zusammen mit der Drehwelle ge dreht wird, und
einen optischen Abnehmer mit einem lichtaussendenden und einem lichtempfangenden Element umfaßt, die unbeweglich über die Schlitzplatte einander gegenüber angeordnet sind, wobei das lichtempfangende Element den Impulszug erzeugt, derart, daß ein Impuls immer dann ausgegeben wird, wenn das Licht vom lichtaussendenden Element durch einen der Schlitze der Schlitzplatte hindurchgeht und das lichtempfangende Element erreicht.
eine Schlitzplatte mit mehreren Schlitzen, die mit kon stanter Ganghöhe über den gesamten Außenumfang in Um fangsrichtung ausgebildet sind, die koaxial an der Dreh welle befestigt ist und zusammen mit der Drehwelle ge dreht wird, und
einen optischen Abnehmer mit einem lichtaussendenden und einem lichtempfangenden Element umfaßt, die unbeweglich über die Schlitzplatte einander gegenüber angeordnet sind, wobei das lichtempfangende Element den Impulszug erzeugt, derart, daß ein Impuls immer dann ausgegeben wird, wenn das Licht vom lichtaussendenden Element durch einen der Schlitze der Schlitzplatte hindurchgeht und das lichtempfangende Element erreicht.
9. Drehmomentdetektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandlereinrichtung einen dritten Magnetaufzeich nungsträger mit einer zylindrischen Magnetfläche, die fortlaufend über den gesamten Umfang der Drehwelle ausge bildet ist, und einem zyklischen Magnetisierungsmuster, das auf der zylindrischen Magnetfläche des dritten Ma gnetaufzeichnungsträgers so ausgebildet ist, daß mehrere Magnetpole mit konstanter Ganghöhe in Umfangsrichtung der zylindrischen Magnetfläche des dritten Magnetaufzeich nungsträgers ausgebildet sind, und
einen dritten Magnetkopf umfaßt, der unbeweglich der magnetischen Fläche des dritten Magnetaufzeichnungsträgers gegenüber angeordnet ist, um das zyklische Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche des dritten Magnetaufzeichnungsträgers zu lesen, während die Drehwelle gedreht wird, und ein zyklisches elektrisches Signal als Impulszug auszugeben, das dem zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht.
daß die Wandlereinrichtung einen dritten Magnetaufzeich nungsträger mit einer zylindrischen Magnetfläche, die fortlaufend über den gesamten Umfang der Drehwelle ausge bildet ist, und einem zyklischen Magnetisierungsmuster, das auf der zylindrischen Magnetfläche des dritten Ma gnetaufzeichnungsträgers so ausgebildet ist, daß mehrere Magnetpole mit konstanter Ganghöhe in Umfangsrichtung der zylindrischen Magnetfläche des dritten Magnetaufzeich nungsträgers ausgebildet sind, und
einen dritten Magnetkopf umfaßt, der unbeweglich der magnetischen Fläche des dritten Magnetaufzeichnungsträgers gegenüber angeordnet ist, um das zyklische Magnetisierungsmuster auf der magnetischen Fläche des dritten Magnetaufzeichnungsträgers zu lesen, während die Drehwelle gedreht wird, und ein zyklisches elektrisches Signal als Impulszug auszugeben, das dem zyklischen Magnetisierungsmuster entspricht.
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