DE602005006144T2

DE602005006144T2 - Überwachungseinrichtung zur erfassung der drehgeschwindigkeit und des drehmoments in einer welle

Info

Publication number: DE602005006144T2
Application number: DE602005006144T
Authority: DE
Inventors: Adrian William St. Helier HILL
Original assignee: Melexis NV
Current assignee: Melexis NV
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: EP1794562A1; ATE392605T1; US20080282811A1; DE602005006144D1; GB0421383D0; EP1794562B1; WO2006035284A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrichtung für eine Welle und insbesondere auf eine Überwachungsvorrichtung für eine Welle, welche betriebsfähig ist, das von der Welle übertragene Drehmoment zu bestimmen, wenn diese rotiert, und die Rotationsgeschwindigkeit der Welle, und weiter insbesondere auf eine solche Überwachungsvorrichtung, welche zusätzlich betriebsfähig ist, die von der Welle übertragene Kraft bzw. Leistung zu bestimmen.
Um den Betrieb einer Innenverbrennungsmaschine in einer effektiven und umweltwirksamen Weise zu besorgen, erfordert die Maschinenmanagementeinheit genaue Informationen von Sensoren, welche überall in der Maschine montiert sind. Von besonderer Wichtigkeit sind Sensoren, welche an der Antriebswelle montiert sind, welche Informationen betreffend das von der Antriebswelle übertragene Drehmoment und die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle vorsieht, woraus die Berechnung der von der Antriebswelle übertragenen Kraft bzw. Leistung ermöglicht.
Ein üblicher Sensortyp zum Feststellen der Rotationsgeschwindigkeit eines Schaftes weist ein Hall-Effekt-Abfühlelement (Hall-Element) auf. Hall-Elemente sind betriebsfähig, um lokale Magnetfelder zu erkennen und ein entsprechendes elektrisches Signal abzugeben. In diesem Kontext sind ein oder mehrere Hall-Elemente benachbart der Welle vorgesehen, wobei die Hall-Elemente betriebsfähig sind, um Fluktuationen in dem lokalen Magnetfeld zu erkennen, wenn die Welle rotiert. Die Feldfluktuationen werden durch Variationen in den magnetischen Eigenschaften der Welle um ihren Umfang herum verursacht. Dies kann auf Vorsprünge/Lunker in der Wellenoberfläche zurückzu führen sein, wenn das Wellenmaterial magnetische Eigenschaften aufweist oder magnetisches Material an der Welle angebracht ist. Da die Welle rotiert, können diese Fluktuationen erkannt und die Rotationsgeschwindigkeit der Welle berechnet werden.
Konventionelle Drehmomentsensoren für rotierende Wellen überwachen die Spannung an der Oberfläche der Welle, um das übertragene Drehmoment zu bestimmen. Bekannte Mittel zum Überwachen dieser Form schließen elektronische Spannungsmesser ein; optische Drehmomentumsetzer; oder akustische Oberflächenwellen (SAW)-Resonatoren, wie sie in der US 5,585,571 offenbart sind.
Das Dokument US-A-5 591 925 offenbart einen Sensor zum Messen von Rotationsgeschwindigkeit in einer rotierenden Welle, enthaltend Drehmomentabfühlmittel, welche an der Welle montiert sind, Rotationsabfühlmittel, welche benachbart der Welle montiert sind und enthaltend ein Hall-Element, Schnittstellenmittel zum Aufnehmen von Ausgangssignalen von den Sensoren und eine Kupplungsanordnung, welche von einem ersten Element gebildet ist, welches einen Rücken und eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, sowie ein zweites Element, welches elektrisch mit den Schnittstellenmitteln verbunden ist und relativ zu der Rotation des Schaftes stationär ist, so dass Signale zwischen ihnen durch kontaktfreie Kopplung übertragen werden.
Da es notwendig ist, beide, die Rotationsgeschwindigkeit und das übertragene Drehmoment, zu bestimmen, um die Kraft bzw. Leistung zu berechnen, welche von der Antriebswelle übertragen wird, wenn es erwünscht ist, die Kraft bzw. Leistung zu überwachen, welche durch die Antriebswelle übertragen wird, müssen Abfühlmittel für beide, Rotationsgeschwindigkeit und übertragenes Drehmoment, vorgesehen werden. Die Notwendigkeit, zwei Sensoren statt eines einzelnen Sensors vorzusehen, bedeutet, dass ein relativ großer Raum von der Monitorvorrichtung eingenommen wird, die Kosten für Herstellen und Einpassen der Vorrichtung relativ umfangreich und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls relativ groß sind.
Es ist deswegen ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine neue Vorrichtung zum Überwachen von übertragenem Drehmoment und Rotationsgeschwindigkeit einer Welle vorzusehen.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Überwachungsvorrichtung vorgesehen, welche geeignet ist, die Rotationsgeschwindigkeit und das von einer rotierenden Welle übertragene Drehmoment abzufühlen, mit:
Drehmomentabfühlmitteln, welche an der genannten Welle montiert sind, wobei die genannten Drehmomentabfühlmittel betriebsfähig sind, die Welle zu überwachen und dadurch ein Signal abzugeben, welches auf das von der Welle übertragene Drehmoment hinweist;
Rotationsabfühlmitteln, welche benachbart der genannten Welle montiert sind, wobei die genannten Rotationsabfühlmittel ein Hall-Element aufweisen, welche betriebsfähig sind, um Fluktuationen im lokalen Magnetfluss zu erkennen, während die Welle rotiert und dadurch ein Signal abgibt, welches auf die Wellenrotation hinweist; und
Schnittstellenmitteln, welche benachbart der genannten Welle montiert und betriebsfähig sind, die genannten Signale, welche von den genannten Drehmomentabfühlmitteln und den genannten Rotationsabfühlmitteln abgegeben werden, aufzunehmen, wobei die Abgabe der genannten Drehmomentabfühlmittel eine Abgabe an die genannten Schnittstellenmittel über eine Kupplungsanordnung ist, welche aufweist:
ein erstes Kupplungselement, welches elektrisch mit dem genannten Drehmomentsensor verbunden und an der genannten Welle so montiert ist, dass es zusammen mit der genannten Welle rotiert; und
ein zweites Kupplungselement, welches elektrisch mit den genannten Schnittstellenmitteln verbunden und an einem Stator montiert ist, welcher um die genannte Welle herum so positioniert ist, dass es relativ zu der Rotation der Welle stationär bleibt, wobei Signale zwischen den genannten Kupplungselementen durch kontaktfreie Kupplung übertragen werden,
wobei das genannte erste Kupplungselement einen Rücken und eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, wobei die genannten Zähne Fluktuationen in dem lokalen Magnetfeld benachbart der Welle verursachen, während die Welle rotiert.
Dieses sieht so eine kombinierte Anordnung zum Abfühlen der Rotationsgeschwindigkeit und des übertragenen Drehmomentes vor. Durch Kombinieren der zwei Funktionen in einer einzigen Anordnung können Herstellungs- und Einpasskosten reduziert, die Zuverlässigkeit erhöht und der gesamte Raum, welcher von der Anordnung eingenommen wird, reduziert werden.
Vorzugsweise weist der Rücken des ersten Elements in der genannten Kupplungsanordnung einen geteilten Ring auf, der an dem oder um den Umfang der Welle montiert ist und als eine Antenne oder eine Einzelwendelspule wirkt. Die Zähne, welche an dem Rücken vorgesehen sind, können von dem Rücken parallel zu der Achse der Welle oder senkrecht zu der Achse der Welle vorragen, wenn erwünscht oder geeignet. Die Zähne sind vorzugsweise gleichmäßig bemessen und entlang des Rückens beabstandet und am bevorzugtesten haben sie ein im Allgemeinen rechteckiges Profil.
Die Drehmomentabfühlmittel können elektrisch zwischen die Enden des genannten geteilten Ringes geschaltet sein, welcher das genannte erste Kupplungselement aufweist. Das erste Kupplungselement kann aus einem Material gebildet sein, das permanentmagnetische Eigenschaften ausübt zusätzlich zu dem elektrisch leitend zu sein.
Die Rotationsabfühlmittel können ein oder mehrere Hall-Elemente aufweisen, welche benachbart dem Abschnitt der Welle montiert sind, welcher das erste Kupplungselement trägt. Auf diese Weise ist das Hall-Element bzw. sind die Hall-Elemente günstig lokalisiert, dass sie Fluktuationen in dem lokalen Magnetfeld bemerken, während die Welle (und folglich das erste Kupplungselement) rotiert.
Das Hall-Element oder die Hall-Elemente ist bzw. sind auf einem geeigneten Substrat oder auf einem oder mehreren geeigneten Substraten vorgesehen. Das Substrat bzw. die Substrate kann bzw. können günstig an dem Stator montiert sein. Die Schnittstellenmittel können auf demselben Substrat wie ein oder mehrere der Hall-Elemente vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist das zweite Element der Kupplungsanordnung ein geteilter Ring, wobei der geteilte Ring um den Abschnitt der Welle herum positioniert ist, welcher das erste Kupplungselement trägt. Auf diese Weise ist das zweite Element günstig benachbart dem ersten Element lokalisiert, was es ermöglicht, dass Signale zwischen den zwei Kupplungselementen durch berührungsfreie Kupplung übertragen werden. Die Kupplungsanordnung ist vorzugsweise dazu angebracht, Signale zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungselement durch RF (radio frequency = Hochfrequenz) zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungselement zu übertragen. Es ist natürlich möglich, dass die Kupplung zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungselement alternativ durch induktive oder kapazitive Kupplung erreicht wird.
Die Schnittstellenmittel sind vorzugsweise elektrisch zwischen die zwei Enden des geteilten Rings geschaltet, welcher das zweite Kupplungselement aufweist. Die Schnittstellenmittel sind betriebsfähig, um Signale von den genannten Drehmomentabfühlmitteln und den genannten Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmitteln aufzunehmen. Die Schnittstellenmittel weisen vorzugsweise auch Mittel zur Abgabe eines Signals oder von Signalen an einen externen Schaltkreis auf. Die Ausgangssignale können die Signale sein, welche von den Drehmomentabfühlmitteln und den Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmitteln aufgenommen wurden.
Die Schnittstellenmittel können zusätzlich eine Prozessoreinheit zum Verarbeiten von Signalen aufweisen, welche von den genannten Drehmomentabfühlmitteln und den genannten Hall-Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmitteln aufgenommen wurden. Die Prozessoreinheit ist vorzugsweise betriebsfähig, um analoge und/oder digitale Ausgangssignale zu erzeugen, welche auf die Rotationsgeschwindigkeit, das übertragene Drehmoment und die übertragene Kraft bzw. Leistung der Welle hinzuweisen.
Während die Erfindung mit Drehmomentabfühlmitteln ausgeführt werden kann, welche ein oder mehrere Spannungsmesser oder Umsetzer aufweisen, enthalten die Drehmomentabfühlmittel vorzugsweise ein Paar von akustischen Oberflächenwellen (SAW)-Resonatoren, welche an der Oberfläche der genannten Welle montiert sind. Vorzugsweise sind die SAW-Resonatoren in einer Anordnung an der Welle montiert, in welcher, wenn die Welle rotiert wird und Drehmoment überträgt, einer der genannten SAW-Resonatoren unter Zugspannung und der andere SAW-Resonator unter Druckspannung steht. Am meisten bevorzugt sind die SAW-Resonatoren an der Welle derart angeordnet, dass sie senkrecht zueinander und jeweils unter 45° zu der Wellenrotationsachse liegen.
Bei Ausführungsarten, bei welchen die Drehmomentabfühlmittel SAW-Resonatoren sind, wird vorzugsweise ein RF (radio frequency = Hochfrequenz) Treibersignal in die SAW-Resonatoren über die Kupplungsanordnung gegeben. Am meisten bevorzugt wird das RF-Treibersignal von einem RF-Signal-Generator erzeugt, welcher in den Schnittstellenmitteln aufgenommen sind.
Vorzugsweise ist die Überwachungsvorrichtung angepasst, um zu einer Welle einer Maschine oder einer Welle, welche von einer Maschine angetrieben wird, zu passen. Insbesondere kann die Welle die Antriebswelle der genannten Maschine sein. In solchen Ausführungsarten können die Schnittstellenmittel Ausgangssignale an eine Maschinensteuereinheit abgeben.
Die Vorrichtung kann an irgendeine Welle in irgendeinem Typ von Maschine angepasst sein, einschließlich aber nicht begrenzt auf Innenverbrennungsmaschinen, Elektromotoren, Gasturbinen oder Ähnliches. Bei solchen Ausführungsformen ist die externe Kontrolleinheit vorzugsweise eine Maschinenmanagementeinheit.
Damit die Erfindung klarer verstanden wird, wird sie nun hier mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen weiter beschrieben, von welchen:
1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines kombinierten Rotationsgeschwindigkeits- und Drehmomentübertragungssensors nach der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 eine Schnittansicht durch eine alternative Ausführungsform eines kombinierten Rotationsgeschwindigkeits- und Drehmomentübertragungssensors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bezugnehmend auf 1 ist es erwünscht, die Rotationsgeschwindigkeit und das von einer Welle 120 übertragene Drehmoment zu überwachen, um die Kraft bzw. Leistung zu bestimmen, welche von der Welle 120 übertragen wird. Um dies zu erreichen, sind Drehmomentabfühlmittel 124 und Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmittel 103 vorgesehen, welche jeweils mit Schnittstellen 104 verbunden sind.
Die Drehmomentabfühlmittel 124 weisen ein Paar von akustischen Oberflächenwellen (SAW)-Resonatoren (nicht dargestellt) auf, welche an der Oberfläche der Welle 120 montiert sind. Die SAW-Resonatoren sind an der Oberfläche der Welle 120 in einer solchen Weise montiert, dass sie die Zug- oder Druckspannung der lokalen Wellenoberfläche wahrnehmen. Die SAW-Resonatoren sind senkrecht zueinander und jeweils um 45° zu der Rotationsachse der Welle montiert. Auf diese Weise erfährt, wenn sich die Welle 120 dreht, einer der SAW-Resonatoren die Zugspannung, während der andere die Druckspannung erfährt.
Ein RF-Treiber-Signal wird den SAW-Resonatoren eingegeben und als ein Ergebnis geben die Resonatoren ein entsprechendes RF-Signal bei ihrer Resonanzfrequenz aus. Als Ergebnis der Spannung an den SAW-Resonatoren werden die Resonatoren deformiert und ihre Resonanzfrequenz variiert. Der Betrag der Variation steht in Beziehung zu dem Betrag der Spannung, welcher der SAW-Resonator ausgesetzt ist und folglich kann durch Analysieren der Ausgangssignale von beiden SAW-Resonatoren das von der Welle übertragene Drehmoment bestimmt werden. Diese Technik ist weiter in der US 5,585,571 erörtert.
Die RF-Signale für den Eingang zu den SAW-Resonatoren werden durch einen RF-Signal-Generator 105 erzeugt, welcher in den Schnittstellenmitteln 104 eingebaut ist. Der RF-Signal-Generator 105 kann zusätzlich betriebs fähig sein, RF-Signale, welche von den SAW-Resonatoren abgegeben werden, aufzunehmen. Signale werden zwischen den genannten Resonatoren und den genannten Schnittstellenmitteln 104 mittels einer Kupplungsanordnung übertragen.
Die Kupplungsanordnung weist ein Paar von Kupplungselementen auf, ein erstes Kupplungselement 121 ist an der Welle 120 fixiert und dreht sich mit dieser und ein zweites Kupplungselement 102 ist an einem Stator 101 fixiert, welcher die Welle 120 umgibt und so stationär bleibt, während die Welle 120 rotiert. Die Elemente sind derart angeordnet, dass ein RF-Signal-Eingang an ein Element korrespondierende RF-Signale in dem anderen Element entsprechend der RF-Kupplung zwischen den Elementen induziert.
Das erste Kupplungselement 121 hat die Form eines geteilten Ringes mit einem Ringspalt 127. Elektrische Verbindungen 125 und 126 sind zwischen den Drehmomentabfühlmitteln 124 und dem ersten Kupplungselement 121 hergestellt, wobei eine separate Verbindung zu jeder Seite des Ringspaltes 127 hergestellt ist.
Das Kupplungselement 121 hat eine kammähnliche Form, wobei der Ring einen Rücken vorsieht, an welchem eine Mehrzahl von Zähnen 122 gebildet ist, welche von dem genannten Rücken wegragen. Lücken 123 sind zwischen den Zähnen 122 vorgesehen. In den 1 und 2 ragen die Zähne 122 von dem Rücken in Richtungen senkrecht zu der Achse der Welle 120 weg. Es ist natürlich möglich, dass bei alternativen Ausführungsformen die Zähne 122 so angeordnet sein können, dass sie in Richtungen parallel zu der Achse der Welle 120 wegragen. Die Zähne 122 sind typischerweise in gleichem Abstand voneinander vorgesehen und bilden das erste Kupplungselement 121. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches in den 1 und 2 dargestellt ist, sind die Zähne 122 auf jeder Seite des Ringspaltes 127 vorgesehen.
Der Ringspalt 127 hat typischerweise die gleiche Breite wie die Lücken 123 zwischen den Zähnen 122.
Das zweite Kupplungselement 102 ist in der Form eines geteilten Ringes mit einem Ringspalt vorgesehen. Die Schnittstellenmittel 104 sind über elektrische Verbindungen 108, 109 mit jeder Seite des Ringspaltes verbunden. In der Anordnung von 1 ist das zweite Kupplungselement 102 radial außerhalb des ersten Kupplungselements 121 lokalisiert. Dies erlaubt es, dass RF-Signale zwischen den Schnittstellenmitteln 104 und den Drehmomentabfühlmitteln 124 über die Kupplungsanordnung weitergegeben werden.
Die Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmittel 103 weisen ein Paar von Hall-Elementen 103 auf, welche auf einem Substrat 107 vorgesehen sind, welches an oder benachbart dem Stator 101 montiert ist. Die Schnittstellenmittel sind zusätzlich auf demselben Substrat 107 vorgesehen.
In alternativen Ausführungsformen können mehr oder weniger Hall-Elemente 103 je nach Wunsch und Eignung vorgesehen sein. Wenn eine Mehrzahl von Hall-Elementen 103 vorgesehen sind, können die Hall-Elemente 103 benachbart zueinander oder im Abstand voneinander je nach Wunsch und Eignung vorgesehen sein.
Die Hall-Elemente 103 sind betriebsfähig, um das lokale Magnetfeld zu erkennen und ein Ausgangssignal an die Schnittstellenmittel 104 zu liefern, welches für das lokale Magnetfeld bezeichnend ist. Während die Welle 120 rotiert, verursachen die abwechselnden Zähne 122 und Lücken des ersten Kupplungselements 121 (welches auf der Welle 120 fixiert mit der Welle 120 rotiert) Fluktuationen in dem lokalen Magnetfeld, welche von dem Hall-Element 103 nachweisbar sind. Damit diese Fluktuationen einfacher nachweisbar sind, ist das erste Kupplungselement 121 aus einem Material gebildet, welches Elektrizität leitet und magnetische Eigenschaften ausübt.
Ein beeinflussendes Magnetfeld kann zusätzlich vorgesehen sein, um die Nachweisbarkeit dieser Fluktuationen zu erhöhen. Solch ein beeinflussendes Feld kann durch Beeinflussungsmagnete vorgesehen sein, welche benachbart zu jedem Hall-Element lokalisiert sind.
Jetzt bezugnehmend auf 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher der Stator 101 und folglich das zweite Kupplungselement 102 radial neben statt außerhalb des ersten Kupplungselementes 121 lokalisiert ist. Diese Anordnung verringert den Gesamtdurchmesser der kompletten Anordnung im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel von 1.
Eine weitere Reduktion des Gesamtdurchmessers kann dadurch erreicht werden, dass erste Kupplungsmittel 121 benutzt werden, welche Zähne haben, welche parallel statt senkrecht zu der Achse der Welle 120 vorspringen. Derartige Kupplungsmittel können natürlich mit der radial äußeren Lage der zweiten Kupplungsmittel 102 benutzt werden, welche auch in 1 gezeigt sind.
Die Schnittstellenmittel sind mit Prozessormittel 106 versehen, welche betriebsfähig sind, um Signale von den Hall-Elementen 103 aufzunehmen und die genannten Signale zu verarbeiten, um die Rotationsrate der Welle 120 zu bestimmen. Dies wird typischerweise durch Zählen von Fluktuationen in dem lokalen Magnetfeld erreicht, welche den Zähnen 122 an dem ersten Kupplungselement zugeordnet sind, um die Zahl der Umdrehungen zu bestimmen, welche die Welle in einer vorbestimmten Zeitperiode gemacht hat. Eine Anzahl von Methoden zum Verarbeiten des Ausgangs eines Hall-Elements zum Bestimmen der Umdrehungsrate sind wohlbekannt. Die Prozessormittel 106 sind weiter betriebsfähig, um Signale an eine externe Schaltung auszugeben, welche für die Rotationsgeschwindigkeit der Welle 120 bezeichnend sind.
Die Prozessormittel 106 können weiterhin betriebsfähig sein, um RF-Signale von den genannten Drehmomentabfühlmitteln 124 aufzunehmen und die genannten Signale zu verarbeiten, um das von der Welle 120 übertragene Drehmoment zu bestimmen und Signale an eine äußere Schaltung abzugeben, welche hierfür bezeichnend sind. Die Prozessormittel 106 können auch betriebsfähig sein, um die Kraft bzw. Leistung zu berechnen, welche von der Welle 120 übertragen wird, von den bestimmten Werten für die Rotationsgeschwindigkeit und das übertragene Drehmoment.
Typischerweise würde eine Überwachungsvorrichtung an einer Welle in einer Maschine oder an einer Welle, welche von einer Maschine angetrieben wird, vorgesehen. Insbesondere ist ins Auge gefasst, dass die Vorrichtung an der Antriebswelle einer Maschine eines Motorfahrzeuges, beispielsweise eines Personenwagens, eines Vans, eines Lastwagens, eines Rollwagens, eines Motorrades etc. vorgesehen ist. Unter diesen Umständen würden die Prozessormittel betriebsfähig sein, um Ausgangssignale an eine Maschinenkontrolleinheit abzugeben, welche für irgendeine oder alle Wellenrotationsraten, übertragenes Drehmoment und übertragene Kraft bzw. Leistung bezeichnend sind. Diese Information erlaubt es, das Betriebsverhalten der Maschinen zu überwachen und zu optimieren.
In alternativen Ausführungsformen können die Schnittstellenmittel 104 die Prozessormittel 106 weglassen und nur betriebsfähig sein, um einen Signalausgang durch die Hall-Elemente 103 und die Drehmomentabfühlmittel 124 aufzunehmen und die genannten Signale an eine äußere Schaltung zur Weiterverarbeitung und/oder Analyse abzugeben.

Claims

Überwachungsvorrichtung, geeignet zum Abfühlen der Rotationsgeschwindigkeit und des Drehmoments, welches von einer rotierenden Welle (120) übertragen wird, mit: Drehmomentabfühlmitteln (124), welche an der genannten Welle (120) montiert sind, wobei die genannten Drehmomentabfühlmittel (124) dazu betriebsfähig sind, die Welle zu überwachen und dadurch ein Signal abzugeben, welches auf das von der Welle übertragene Drehmoment hinweist; Rotationsabfühlmitteln (103), welche benachbart der genannten Welle (120) montiert sind, wobei die genannten Rotationsabfühlmittel (103) ein Hall-Effekt-Element aufweisen, welches betriebsfähig ist, um Fluktuationen in dem lokalen magnetischen Fluss zu erkennen, während die Welle rotiert und dadurch ein Signal abgibt, welches auf die Wellenrotation hinweist; und Schnittstellenmitteln (104), welche benachbart der genannten Welle montiert und betriebsfähig sind, die genannten Signale, welche von den genannten Drehmomentabfühlmitteln und den genannten Rotationsabfühlmitteln abgegeben werden, aufzunehmen, wobei die Abgabe der genannten Drehmomentabfühlmittel (124) eine Abgabe an die genannten Schnittstellenmittel (104) über eine Kupplungsanordnung ist, welche aufweist: ein erstes Kupplungselement (121), welches elektrisch mit dem genannten Drehmomentsensor (124) verbunden und an der genannten Welle (120) so montiert ist, dass es zusammen mit der genannten Welle rotiert; und ein zweites Kupplungselement (102), welches einen geteilten Ring aufweist, welcher um den Anteil der Welle positioniert ist, welcher das genannte erste Kupplungselement trägt, und elektrisch mit den genannten Schnittstellenmitteln (104) verbunden sowie auf einem Stator (101) montiert ist, welcher um den genannten Schaft (120) so positioniert ist, dass er relativ zu der Rotation des Schaftes stationär bleibt, wobei Signale zwischen den genannten Kupplungselementen durch kontaktfreie Kupplung übertragen werden, wobei das genannte erste Kupplungselement einen Rücken mit einem geteilten Ring, welcher auf oder um dem/den Umfang der Welle montiert ist, und eine Mehrzahl von Zähnen (122) aufweist, wobei die Zähne Fluktuationen in dem lokalen Magnetfeld benachbart der Welle verursachen, während die Welle rotiert.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Rücken des ersten Elements in der genannten Kupplungsanordnung als eine Antenne oder eine Einzelwendelspule wirkt.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Zähne (122), welche an dem genannten Rücken vorgesehen sind, von dem Rücken parallel zu der Achse der Welle (120) zu der Achse der Welle vorragen.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Zähne (122), welche an dem Rücken vorgesehen sind, von dem Rücken senkrecht zu der Achse der Welle (120) vorragen.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Zähne (122) gleichmäßig bemessen und entlang des Rückens beabstandet sind.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Zähne (122) ein im Allgemeinen rechteckiges Profil haben.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Drehmomentabfühlmittel (124) elektrisch zwischen den Enden des genannten geteilten Ringes, welcher das genannte erste Kupplungselement (121) aufweist, verbunden sind.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das erste Kupplungselement (121) aus einem Material gebildet ist, das außer elektrisch leitend zu sein permanentmagnetische Eigenschaften aufweist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Rotationsabfühlmittel (103) ein oder mehrere Hall-Effekt-Elemente aufweist, welche benachbart dem Anteil der Welle (120) montiert ist/sind, welcher das erste Kupplungselement (121) trägt.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher das Hall-Effekt-Element oder die Hall-Effekt-Elemente auf einem oder mehreren geeigneten Substraten (107) vorgesehen ist bzw. sind.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Hall-Effekt-Elemente auf einem oder mehreren geeigneten Substraten vorgesehen sind.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei welcher das Substrat oder die Substrate (107) auf einem Stator (101) montiert ist bzw. sind.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welcher die Schnittstellenmittel (104) auf demselben Substrat (107) wie ein oder mehrere Hall-Effekt-Elemente vorgesehen sind.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das zweite Element (102) der Kupplungsanordnung um den Anteil der Welle (120) herum positioniert ist, welcher das erste Kupplungselement (121) trägt.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher Signale durch Radiofrequenz-Kupplung übertragen werden.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Signale durch induktive oder kapazitive Kupplung übertragen werden.
Übertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schnittstellenmittel (104) elektrisch zwischen die beiden Enden des geteilten Ringes verbunden sind, welcher das zweite Kupplungselement (102) aufweist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schnittstellenmittel (104) betriebsfähig sind, um Signale von den genannten Drehmomentabfühlmitteln (124) und den genannten Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmitteln (103) aufzunehmen.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schnittstellenmittel (104) Mittel zum Ausgeben eines Signals oder von Signalen an eine externe Schaltung aufweisen.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher die Ausgangssignale die Signale sind, welche von den Drehmomentabfühlmitteln (124) und den Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmitteln (103) aufgenommen wurden.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schnittstellenmittel (104) eine Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten von Signalen aufweisen, welche von den genannten Drehmomentabfühlmitteln (124) und den genannten Hall-Effekt-Rotationsgeschwindigkeitsabfühlmitteln (103) aufgenommen wurden.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 21, bei welcher die Verarbeitungseinheit betriebsfähig ist, um analoge und/oder digitale Ausgangssignale zu erzeugen, welche auf die Rotationsgeschwindigkeit, das übertragene Drehmoment und die übertragene Leistung der Welle (120) hinweisen.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Drehmomentsensormittel (124) ein Paar von SAW (Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwellen)-Resonatoren aufweisen, welche auf der Oberfläche der genannten Welle (120) montiert sind.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 23, bei welcher die SAW-Resonatoren an der Welle (120) in einer Anordnung montiert sind, in welcher, wenn die Welle rotiert wird und ein Drehmoment überträgt, einer der genannten SAW-Resonatoren unter Zugbeanspruchung und der andere SAW-Resonator unter Druckspannung steht.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 22 oder 24, bei welcher die SAW-Resonatoren so an der Welle (120) angeordnet sind, dass sie senkrecht zueinander und jeweils bei 45° zu der Wellenrotationsachse liegen.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei welcher ein Radiofrequenz-Steuersignal in die SAW-Resonatoren über die Kupplungsanordnung eingegeben wird.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 26, bei welcher das Radiofrequenz-Steuersignal von einem Radiofrequenz-Signal-Generator erzeugt wird, welcher in die Schnittstellenmittel (104) inkorporiert ist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Überwachungsvorrichtung geeignet ist, an eine Welle (120) eines Triebwerks oder eine von einem Triebwerk angetriebene Welle angepasst zu werden.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 28, bei welcher die Schnittstellenmittel (104) Signale an eine Triebwerksteuereinheit abgibt.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, bei welcher das Triebwerk irgendein Innenverbrennungstriebwerk, ein elektrischer Motor oder eine Gasturbine ist.