DE69922169T2

DE69922169T2 - Drehmomentsensor für eine drehende welle

Info

Publication number: DE69922169T2
Application number: DE69922169T
Authority: DE
Inventors: Christophe Nicot
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-02-04
Also published as: FR2774469B1; EP1053457B1; US6694828B1; FR2774469A1; BR9909742A; JP2002502962A; WO1999040403A1; EP1053457A1; DE69922169D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den technischen Bereich der Momentsensoren, das heißt auf die Feststellung der Anwendung eines Moments auf eine Welle zulassende Vorrichtungen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Messung von einem auf eine Welle angewendeten Moment.
Zur Messung des zwischen zwei sich drehenden Organen übertragenen Moments werden im Allgemeinen Drehmomentmesser mit elastischer Verformung eingesetzt.
Das verformende Element wird häufig durch eine Torsionsstange gebildet.
Zur Vermeidung einer linken Verdrehung und einer Konzentration an insbesondere für den Abnutzungswiderstand schädlichen Spannungen weisen Torsionsstangen von Drehmomentmessern herkömmlicherweise kreisförmige Durchmesser auf.
Bei einem bestimmten Material mit isotroper linearer Elastizität beträgt der Verdrehungswinkel Ö in reiner Verdrehung:
Wobei

d: der Außendurchmesser der hohlen oder nicht hohlen Stange ist;
M: das auf die Torsionsstange angewendet Moment ist;
G: das transversale Elastizitätsmodul ist;
L: die Nutzlänge der Stange ist.

So dass für ein Material und eine Geometrie einer vorgegebenen Stange die Verbindung des Torsionswinkels mit dem auf die Stange angewendeten Moment möglich ist.
Drehmomentmesser mit Torsionsstange befinden sich in den folgenden Patentschriften: FR-2 705 455, GB-2 306 641, WO-87/02319, WO-92/20560, WO-95/19557, WO-96/06330, WO-97/08527, WO-97/09221, EP-325 517, EP-369 311, EP-286 053, EP-437 437, EP-418 763, EP-453 344, EP-515 052, EP-555 987, EP-562 426, EP-566 168, EP-566 619, EP-638 791, EP-673 828, EP-681 955, EP-728 653, EP-738 647, EP-738 648, EP-767 795, EP-770 539, EP-802 107.
Die wichtigsten Messmethoden des Moments einer Drehwelle mit oder ohne Torsionsstange sind:

– auf einem elektromagnetischen Phänomen basierende Methode
– optische Methoden
– elektrische Methoden.

Die magnetischen Methoden setzen im Wesentlichen die Magnetostriktion und den Hall-Effekt um.
Mit Magnetostriktion wird die mechanische, reversible Verformung bezeichnet, die die Magnetisierungsabweichung eines ferromagnetischen festen Stoffs begleitet.
Dieses Phänomen ist reversibel: Eine auf ein in einem Magnetfeld platziertes ferromagnetisches Material ausgeübte Verformung ruft eine Abweichung der Magnetisierung hervor (umgekehrte Magnetrostriktion).
Beispiele für die Momentmessung durch die Messung der Permeabilitätsabweichung des magnetisch anisotropen Bereichs zulassende magnetostriktive oder magnetoelastische Sonden befinden sich in den Patentschriften: EP-229 668, EP-261 980, EP-270 122, EP-288 049, EP-309 979, EP-321 662, EP-330 311, EP-338 227, EP-384 042, EP-420 136, EP-422 702, EP-444 575, EP-502 722, EP-523 025, EP-562 012, EP-651 239.
Mit Hall-Effekt wird herkömmlicherweise die Produktion eines normalen elektrischen Feldes mit Stromdichtevektor in einem Leiter oder Halbleiter verstanden, der in ein normales magnetisches Induktionsfeld mit Stromdichtevektor platziert wird.
Den Hall-Effekt umsetzende Momentsensoren befinden sich insbesondere in den folgenden Patentschriften: FR-2 689 633, FR-2 737 010.
Die optischen Momentmessmethoden werden im Wesentlichen Schnittstellenphänomenen oder optischen Dichtemessungen zugeordnet.
Man kann zum Beispiel auf die folgenden Patentschriften Bezug nehmen: EP-194 930, EP-555 987, US-5 490 450, US-4 676 925, US-4 433 585, US-5 001 937, US-4 525 068, US-4 939 368, US-4 432 239, FR-2 735 232, FR-2 735 233, WO-95/19557.
Die elektrischen Momentmessmethoden sind im Wesentlichen mit der kapazitiven Messung oder einer Messung der Phasendifferenz zwischen zwei, umfangsmäßig zur Torsionsachse angebrachten magnetischen Kodierern verbunden.
Die Patentschriften EP-263 219, EP-352 595, EP-573 808 sind relativ zu den Momentmessvorrichtungen durch Extensometrieeichmaß oder Spannungseichmaß.
Die Patentschrift WO 97/08527 beschreibt eine Momentmessvorrichtung auf einer sich drehenden Welle. Generatororgane sind symmetrisch im Verhältnis zur Welle und in ein und derselben zur Welle senkrechten Ebene auf einem Träger angebracht. Auf einem Träger sind ebenfalls symmetrisch im Verhältnis zur Welle und in ein und derselben zur Welle senkrechten Ebene Sensororgane angebracht, wobei die genannte Ebene zur die Generatororgane enthaltenden Ebene parallel und beabstandet ist.
Im Übrigen ist insbesondere aus der Patentschrift EP 0 442 091 ein Messsensor bekannt, umfassend:

– eine äußere Krone, auf der das auf einer Säule zu messende Moment angewendet wird, wobei zwei Umschläge mit der äußeren Krone zusammengebaut sind;
– eine in Rotation fest mit der Säule verbundene Anlagefläche, wobei die Krone durch verformbare Speichen mit der Anlagefläche zusammengesetzt wird;
– ein nicht gespannter, mit der Anlagefläche durch nicht gespannte Träger zusammengebauter Umschlag;

Die Erfindung bezieht sich auf einen Momentsensor für eine Drehwelle, wobei dieser Sensor kostengünstig, sehr steif, unempfindlich für elektromagnetische Störungen und einfach gebaut ist und nicht die Unterteilung der Welle in drei Teile erfordert, auf der das Moment gemessen werden soll.
Dieser Momentsensor oder Drehmomentmesser besitzt wenigstens einen Magnetfeldgenerator und wenigstens ein Feststellorgan des Magnetfeldes mit Hall-Effekt.
Die Messvorrichtung umfasst wenigstens einen in einer ersten Ebene eines geraden Abschnitts der genannten Welle angeordneten Magnetfeldgenerator und wenigstens ein Feststellorgan des Magnetfeldes in fester Position in einer zweiten Ebene eines geraden Abschnitts der genannten Welle, wobei das Feststellorgan im Anschluss an die relative winkelförmige Verschiebung des Feldgenerators im Verhältnis zum Feststellorgan ein zur Drehmoment proportionales Signal ausgibt, wobei der Magnetfeldgenerator eine magnetisierte Struktur mit antiparallelen Magnetisierungsrichtungen besitzt und von den fest mit den Steuermitteln der sich drehenden Welle verbundenen Trägermitteln getragen wird, wobei das Feststellorgan des Magnetfeldes deutlich gegenüber dem Magnetfeldgenerator angeordnet ist und von den fest mit der sich drehenden Welle verbundenen Trägermitteln getragen wird.
Die Trägermittel des Magnetfeldgenerators und die Trägermittel des Feststellorgans des Magnetfeldes werden gebildet durch:

– einen ersten äußeren, verschiebbaren Ring
– einen zweiten äußeren, deutlich nicht gespannten, entfernt vom äußeren verschiebbaren Ring angeordneten Ring, wobei der äußere, verschiebbare Ring zur steifen festen Verbindung mit dem das auf der geführten Welle zu messende Moment anwendenden Mittel geeignet ist, wobei der äußere verschiebbare Ring durch wenigstens ein elastisch verformbares Mittel mit einem inneren Ring montiert ist, wobei der innere Ring in Rotation mit der geführten Welle fest verbunden ist, wobei der äußere, deutlich nicht gespannte Ring durch wenigstens ein deutlich nicht gespanntes Mittel mit dem inneren Ring montiert ist, so dass die relative winkelförmige Verschiebung des Feldgenerators im Verhältnis zum Feststellorgan des Feldes unter der Wirkung des durch die das Moment anwendenden Mittel angewendeten Moments durch die relative kleine Verschiebung der beiden äußeren Ringe im Verhältnis zueinander hervorgerufen wird.

In einer anderen Ausführung wird der Magnetfeldgenerator durch den äußeren verschiebbaren Ring getragen, wobei der Feldsensor durch den äußeren, deutlich nicht gespannten Ring getragen wird.
In einer anderen Ausführungsform wird der Magnetfeldgenerator durch den äußeren, deutlich nicht gespannten Ring getragen, wobei der Feldsensor durch den äußeren, verschiebbaren Ring getragen wird.
Die Vorrichtung umfasst in einer Ausführung zwei Feldsensoren und zwei Feldgeneratoren, die gegenüber auf einem Durchmesser der äußeren Ringe angeordnet sind.
Die äußeren Ringe sind koaxial und weisen deutlich denselben Durchmesser auf.
Das den ersten verformbaren Ring und den inneren Ring zuordnende elastisch verformbare Mittel ist ein sich radial vom inneren Ring zum äußeren verschiebbaren Ring erstreckender Balken.
Das deutlich nicht gespannte, den zweiten äußeren, deutlich nicht gespannten Ring und den inneren Ring zuordnende Mittel ist ein sich radial vom inneren Ring zum zweiten äußeren, deutlich nicht gespannten Ring erstreckender Balken.
In einer anderen Ausführungsform ist das den äußeren verschiebbaren Ring dem inneren Ring zuordnende elastisch verformbare Mittel eine in Verdrehung verformbare Röhre.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Anwendung eines Momentsensors gemäß obiger Darstellung auf die Servolenksäulen für Kraftfahrzeuge.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden im Verlauf der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion gemäß einer Ausführungsform ist;
2 eine der 1 entsprechende Vorderansicht ist;
3 eine einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion gemäß einer anderen Ausführungsform ist;
4 eine Seitenansicht einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion mit Anschlagbalken gemäß einer Ausführungsform ist;
5 eine Schnittperspektive gemäß der Linie V-V der 4 ist;
6 eine Seitenansicht einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion gemäß einer anderen Ausführungsform ist;
7 eine Schnittperspektive gemäß der Linie VII-VII der 6 ist;
8 eine Schnittperspektive gemäß der Linie VIII-VIII der 6 ist;
9 eine Schnittperspektive gemäß einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Verdrehung gemäß einer Ausführungsform ist;
10 eine der 9 entsprechende Seitenansicht ist;
11 eine Schnittperspektive gemäß der Linie IX-IX der 10 ist;
die 12, 13 und 14 Seitenansichten der Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion gemäß weiteren Ausführungsformen sind;
15 eine schematische perspektivische Ansicht eines zum Einbau in eine Anlagefläche gemäß Darstellung in den 1 bis 14 bestimmten Sensors mit Hall-Effekt gemäß einer Ausführungsform ist.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
Die in 1 in perspektivischer Ansicht dargestellte Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion ist zum Einbau zwischen einem Steuermittel einer geführten Welle und dieser geführten Welle oder zwischen einer führenden Welle und einer geführten Welle bestimmt.
Diese Anlagefläche 1 umfasst einen inneren zylindrischen Ring 2 und zwei mit dem inneren Ring 2 durch in Flexion elastisch verformbare Balken 4a und den nicht verformten Balken 5 verbundene äußere Ringe 3a, 3b.
Genauer gesagt ist der am Steuermittel der geführten Welle durch durch Löcher 6 durchtretende Schrauben oder dergleichen befestigte äußere Ring 3a mit dem inneren Ring mittels in Flexion verformbarer, elastischer Balken 4a verbunden.
Die äußeren Ringe 3a, 3b sind in der Ausführungsform deutlich koaxial und weisen denselben durchschnittlichen Durchmesser auf.
In der dargestellten Ausführungsform sind die verformbaren Balken 4a vier regelmäßig senkrecht zur Achse der geführten Welle D verteilte Stück.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen sind diese verformbaren Balken wenigstens zwei, drei oder mehr als vier Stück.
Der äußere Ring 3b ist mit dem inneren Ring 2 durch radiale, nicht verformte Balken 5 verbunden.
In der dargestellten Ausführungsform weisen diese nicht verformten Balken 5 dieselbe Anzahl auf wie die elastisch in Flexion verformbaren Balken 4a, wobei die Balken 4a, 5 sich deutlich gemäß zwei radialen, zur Achse der geführten Welle D senkrechten Ebenen erstrecken.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen sind die Balken 5 zwei, drei oder mehr als vier Stück, wobei die Anzahl der Balken 4a vier ist.
In bestimmten, nicht dargestellten Ausführungsformen ist die Anzahl der Balken 4a unterschiedlich von vier und unterschiedlich von der Anzahl der Balken 5.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen ist die Anzahl der Balken 4a gleich der Anzahl der Balken 5, wobei diese Anzahl unterschiedlich von vier ist.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen ist der äußere Ring 3b mit dem inneren Ring 2 durch eine ringförmige Abdeckung verbunden.
Die Balken 4a, 5 können gemäß Darstellung gemäß gemeinsamen radialen Ebenen deutlich lotgerecht zueinander angeordnet sein.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen sind die Balken 5 gemäß radialen, im Verhältnis zu den radialen Ebenen der Balken 4a verschobenen Ebenen angeordnet.
Der verschiebbare äußere Ring 3a der Anlagefläche 1 wird steif dem Steuermittel der geführten Welle zugeordnet, wobei Schrauben oder jedes andere äquivalente Mittel zum Beispiel in Löchern 6 von Befestigungsklauen 7 durchgehen.
Als Variante kann die Anlagefläche mit Prüfkörper aus einem Stück mit dem Steuerorgan der geführten Welle bestehen und zum Beispiel aus demselben Material wie dieses oder daran durch jedes geeignete Mittel festgeschweißt sein.
Wenn das Steuermittel der geführten Welle eine Kraft auf den äußeren Ring 3a ausübt, wird eine Verformung der Balken 4a in Flexion erhalten, die umso stärker ist, als das auf der geführten Welle resistente Moment groß ist.
Der äußere Ring 3b bleibt seinerseits deutlich nicht gespannt. Seine Position kann somit als Referenzbasis für die Messung der Verschiebung des äußeren Rings 3a dienen.
Der äußere Ring 3b trägt zur Messung der kleinen Verschiebungen in der Größenordnung von wenigen Mikronen bis einigen hundert Mikronen geeignete Sensoren 8.
In der dargestellten Ausführungsform sind diese Sensoren 8 zwei Stück und sind in im vorderen Ring 3b gegenüber dem hinteren Ring 3a ausgesparten axialen Aufnahmen 9 angeordnet.
Die Sensoren 8 weisen den Hall-Effekt auf oder sind magnetresistiv.
Obwohl eine einzige Sonde mit Hall-Effekt zur Messung kleiner Verschiebungen ausreicht, kann man aus Gründen der Zuverlässigkeit in der Mess-Spalte 10 mehrere Sonden anordnen, um eine Redundanz zu schaffen.
Jede Sonde kann ihren eigenen zugeordneten elektronischen Schaltkreis haben.
Durch Vergleich oder Kombination der von zwei, drei oder vier unterschiedlichen Sonden gelieferten Signale kann man einen eventuellen Ausfall einer der Sonden feststellen und eine gute Zuverlässigkeit des Drehmomentmessers gewährleisten.
Nunmehr wird eine zweite Ausführungsform der Anlagefläche 1 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Die in 3 dargestellte Anlagefläche 1 umfasst, ebenso wie die soeben beschriebene Anlagefläche, einen äußeren verschiebbaren Ring 3a, einen äußeren nicht gespannten Ring 3b, einen inneren Ring 2, den Ring 3a mit den inneren Ring 2 verbindende verformbare Balken 4a und den Ring 3b mit dem inneren Ring 2 verbindende, nicht verformte Balken 5.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst die Anlagefläche vier Balken 4a, deren Querschnitt vom Fußende 11 zum Kopfende 12 dieser Balken variiert.
In anderen Ausführungsformen umfasst der Prüfkörper einen, zwei, drei oder mehr als vier Balken mit von ihrem Fußende zu ihrem Kopfende variablem Querschnitt.
Diese Abweichung kann regelmäßig oder unregelmäßig sein.
Diese Abweichung kann mit einer Abweichung der Breite des Balkens und/oder einer Abweichung der Dicke des Balkens verbunden sein.
Die Dicke h des Balkens wird tangential zu einem zentrierten Kreis auf der Hauptachse D der geführten Welle gemessen.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform variiert diese Dicke h auf deutlich lineare Weise.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen weicht diese Dicke h auf polynomische, logarithmische, kontinuierliche oder nicht kontinuierliche Weise ab, wenn man sich von der Achse D der geführten Welle entfernt.
Die gemäß der Richtung D gemessene Breite b der Balken 4a ist in der in 3 betrachteten Ausführungsform deutlich konstant.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen weicht die Breite b auf lineare oder polynomische Weise ab, wobei die Höhe h ebenfalls variabel ist.
Nunmehr wird auf 4 Bezug genommen, die eine Seitenansicht einer mit Anschlagsbalken 13 versehene Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion ist.
In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich zwei Anschlagsbalken 13 radial gemäß einer transversalen Richtung T vom inneren Ring 2 zum äußeren, verformbaren Ring 3a.
Die Länge L der Anschlagsbalken 13 ist kürzer als die der verformbaren Balken 4a, wobei der Endteil jedes Anschlagsbalkens 13 mit einem vorbestimmten Spiel in einem Verformungsanschlag 14 eingreift.
Die Verformungsanschläge 14 springen intern im äußeren Ring 3a hervor und umfassen eine Auskehlung 15 mit größerer Breite I als die Breite I' der Anschlagsbalken 13.
Das zwischen den Anschlägen und den Balken 13 mit dem Breitenunterschied I-I' verbundene vorhandene Spiel kann in Abhängigkeit der maximal zulässigen Verformung für die Balken 4a bestimmt werden.
Und zwar zum Beispiel zur Verhinderung ihrer plastischen Verformung.
Die 6 bis 8 stellen eine andere Ausführungsform der Anlagefläche 1 mit Prüfkörper in Flexion dar.
In dieser Ausführungsform weicht die Breite b der verformbaren Balken 4a vom Fußende 11 bis zum Kopfende 12 dieser Balken auf abnehmende Weise ab.
Diese Abnahme kann linear oder polynomisch sein.
Die Anzahl verformbarer Balken 4a, ihre winkelförmige Verteilung, die Dicke und die Höhe der Balken und das für die Realisierung eingesetzte Material bedingen, wie dem Fachmann einleuchtet, die nachstehenden Merkmale:

– Trägheitsmodul;
– maximale Spannung in den Balken für ein bestimmtes maximales Moment, zum Beispiel ein Bruchmoment.

Der Prüfkörper kann aus einem aus der Gruppe ausgewählten Material realisiert werden, umfassend: Stähle, Gusseisen, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen.
Der Prüfkörper kann in Abhängigkeit des eingesetzten Materials, der Geometrie der Balken, insbesondere der zulässigen Kosten abgeformt oder bearbeitet werden, wie der Fachmann bestimmen kann.
Wenn der Prüfkörper aus einer Aluminium- oder aus einer Magnesiumlegierung realisiert wird, kann dieser mit einem die Montagerillen der Anlagefläche 1 auf der geführten Welle umfassenden Metalleinsatz abgeformt werden.
Nunmehr wird auf die 9 bis 11 Bezug genommen, die eine Ausführungsform einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Verdrehung darstellen.
Die Anlagefläche 1 umfasst einen äußeren, nicht gespannten Ring 3b mit deutlich zylindrischer äußerer peripherer Fläche.
Dieser Ring 3b ist mit zwei in zwei genau gegenüberliegenden Überdicken 16 ausgesparten Aufnahmen 9 versehen.
Zwischen diesen Überdicken 16 ist die interne Fläche des Rings 3b deutlich zylindrisch.
Der Ring 3b ist mit dem inneren Ring 2 durch wenigstens einen Balken 5, eine Abdeckung oder jedes andere deutlich steife Verbindungselement zusammengesetzt.
In der dargestellten Ausführungsform ordnen zwei radiale, aus demselben Material wie der innere Ring 2 und der äußere, nicht gespannte Ring 3b bestehende Balken 5 diese beiden Ringe 2, 3b zu.
Die Balken 5 weisen in der dargestellten Ausführungsform einen quadratischen, von ihren Fußenden 11 bis zu ihrem Kopfende 12 deutlich konstanten Querschnitt auf und sind deutlich fluchtgerade.
Der innere Ring 2 umfasst ein durchgehendes, ein geripptes Ansatzstück 17 zur Befestigung der geführten Welle definierendes Loch und auf der gegenüberliegenden Seite eine Stützfläche 18 der geführten gerippten Welle.
Eine in Verdrehung verformbare Röhre 4b verbindet den inneren Ring mit dem äußeren, verschiebbaren Ring 3a.
In einer Ausführungsform ist die in Verdrehung verformbare Röhre in Längsrichtung durchbrochen, wobei sich die Öffnungen gemäß der die in Verdrehungsflexion verformbaren Balken trennende Richtung D erstrecken.
Der verschiebbare Ring 3a ist steif mit dem Anwendungsmittel des Moments auf der geführten Welle zusammengebaut.
Schrauben oder dergleichen gewährleisten über die Löcher 6 die Befestigung der Anlagefläche 1 auf dem Anwendungsmittel des Moments auf der geführten Welle.
Wenn die Anlagefläche 1 steif dem Anwendungsmittel des Moments auf der geführten Welle zugeordnet ist, wird der mit dem Anwendungsmittel des Moments fest verbundene äußere verschiebbare Ring 3a in Rotation im Verhältnis zum äußeren, nicht gespannten Ring 3b verschoben.
Die Messung dieser kleinen Verschiebung über in die Aufnahmen 9 platzierte Hallsonden oder magnetresistive Sonden 8 und auf einer fest mit der geführten Welle verbundene Trägerplatte 19 befestigten Magneten erlaubt die Messung des auf die geführte Welle angewendeten Moments.
Nunmehr wird auf die 12 Bezug genommen, die eine andere Ausführungsform einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion darstellt.
In dieser Ausführungsform weisen die elastisch verformbaren, den inneren Ring 2 mit dem äußeren, verschiebbaren Ring 3a verbindende Mittel die Form von Rohrschlangen auf.
Diese Rohrschlangen bilden mehrere, durch deutlich kreisbogenförmige, konzentrische Abschnitte 21 getrennte Krümmer 20 auf.
Diese Rohrschlangen erstrecken sich deutlich in einer selben zur Achse D der geführten Welle senkrechten Ebene.
Die Dicke jeder Rohrschlange ist in der betrachteten Ausführungsform von der Basis 22 bis zum Kopf 23 dieser Rohrschlangen deutlich konstant.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen sind die Rohrschlangen zwei, drei oder mehr als vier Stück.
Die Dicke von wenigstens einer Rohrschlange kann ggf. von ihrem Kopfende bis zu ihrem Fußende variabel sein.
Die 13 und 14 sind Seitenansichten einer Anlagefläche mit Prüfkörper in Flexion mit wenigstens vier verformbaren Balken, im vorliegenden Fall zwölf regelmäßig radial um die Achse D verteilte Balken.
Ausgehend vom in 13 dargestellten Prüfkörper ist es durch Bearbeiten oder jedes andere äquivalente Mittel möglich, den in 14 dargestellten Prüfkörper zu erhalten, der nur noch zehn verformbare Balken umfasst, von denen bei einer Anwendung eines einen Grenzwert überschreitenden Moments vier als Anschlag dienen.
Der Anschlag wird unabhängig von der von der Übertragungswelle angeforderten Rotationsrichtung durch Kontakt zwischen dem Endteil 24 der Anschlagsbalken 25 und dem inneren Vorsprung des äußeren, nicht verformten Rings 3b erhalten, sobald ein Momentgrenzwert erreicht wird.
Gemäß der radialen winkelförmigen Anordnung der Anschlagsbalken 25 kann das im Uhrzeigersinn H maximal zulässige Moment größer als, gleich groß wie oder kleiner als das gegen den Uhrzeigersinn AH maximal zulässige Moment sein.
Die oben beschriebenen in Flexion verformbaren Balken umfassen in bestimmten Ausführungsformen Unterteilungen.
Bei der Anwendung eines Moments übertragen nur die nicht in zwei Abschnitte unterteilten Balken die Kräfte, wobei die Abschnitte der unterteilten Balken nur eine Flexionskraft übertragen, wenn ein angewendetes Grenzwertmoment überschritten ist.
Die beiden Abschnitte eines unterteilten Balkens sind in einer Ausführungsform um eine vorbestimmte Länge in Abhängigkeit von dem genannten Grenzwert für das Moment voneinander beabstandet.
Die Unterteilung eines Balkens ist in einer Ausführungsform deutlich bei 45° im Verhältnis zur radialen Richtung des fraglichen Balkens angeordnet.
Die Realisierung der Unterteilung in wenigstens einem verschiebbaren Balken 3a kann insbesondere gemäß der Zahl und der Anordnung der Struktur der Balken Folgendes ermöglichen:

– entweder den Erhalt eines Schutzes gegen die Überlastungen in den beiden möglichen Rotationsrichtungen;
– oder den Erhalt eines Drehmomentmessers mit mehreren Momentmessbreiten, wobei die Festigkeit des Drehmomentmessers ansteigt, sobald eine große Anzahl von Balken belastet wird.

Nunmehr wird auf 15 Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht eines Sensors 8 gemäß einer Ausführungsform ist.
Dieser Sensor 8 umfasst einen zylindrischen Körper 26 aus ferromagnetischem Material und einen Magnetsensor 27, der dazu bestimmt ist, dem Magnetfeldgenerator, wie zum Beispiel einem Magneten, gegenüber gestellt zu werden.
Der Sensor 8 umfasst gegenüber dem Magnetsensor 27 ein einen die axiale Bewegung des Sensors 8 in den Aufnahmen 9 begrenzenden Anschlag 28 bildendes Stück.
Der Magnetsensor 27 umfasst ein im Verhältnis zum kreisförmigen Abschnitt des Sensors 8 exzentrisches sensibles Element 29, so dass die Rotation des Sensors 8 um die Achse O_z eine Verschiebung gemäß der Achse O_x des sensiblen Elements 29 generiert.
Beim Zusammenbau der Sensoren 8 im Werk beendet der Operator die Montage durch die Messung des durch die beiden Sensoren 8 gelieferten Signals mittels eines geeigneten Geräts.
Dieses Signal hängt von der Position des sensiblen Elements 29 gegenüber der magnetischen Übertragung ab, so dass der Operator durch Drehen des Sensors 8 das sensible Element 29 gegenüber vom magnetischen Übergang des Magnetfeldgenerators verbringen kann und das genannte Signal annullieren. Nach Durchführung dieser Einstellung sind die Sensoren festgestellt, zum Beispiel mittels eines Klebstoffs.
Die oben beschriebene Einstellung wird mit dem Begriff Einstellung durch Exzentrierung bezeichnet.
Die Leistung des durch jeden Magnetsensor 27 gelieferten Signals kann ebenfalls durch Änderung der axialen Penetration der Sensoren 8 in den Aufnahmen 9 moduliert werden, so dass der Spalt zwischen dem Sensor 27 und dem ihm gegenüberliegenden Magneten abgeändert wird.
In der in 15 dargestellten Ausführungsform des Sensors 8 wird der minimale Wert des Spaltes durch den einen Anschlag 28 bildenden Platz festgelegt, der sich gegen die Vorderseite der Überdicken des nicht verformbaren Rings 3b drückt.
Die Eichung des Drehmomentmessers kann zum Beispiel durch Anwendung einer kalibrierten Belastung und Einstellung bei der Verstärkung des Signals erreicht werden.
Ein dem Prüfkörper zugeordneter elektronischer Schaltkreis umfasst in einer Ausführungsform:

– eine Stromzuführung zur Energieversorgung der Hallsonden;
– einen Filterschaltkreis des aus den Sonden stammenden Signals zur Ausschaltung des Hintergrundgeräuschs;
– ein die analoge/digitale Umwandlung des Signals gewährleistendes Modul;
– ein Kontroll- und Ableitungsausgleichsmodul des durch die Sonden in Abhängigkeit von der Temperatur, zum Beispiel in einer Bandbreite –40°C +80°C ausgegebenen Signals;
– ein den einwandfreien Betrieb jeder der Sonden regelmäßig testendes Sicherheitsmodul.

Ggf. umfasst der elektronische Schaltkreis ein die Festlegung des Auslösungsgrenzwertes der Servolenkung zulassendes Modul, wobei dieser Grenzwert einem bestimmten Wert entspricht, oder auch ein drahtloses oder kontaktloses Übertragungsmodul des Signals.
Der elektronische Schaltkreis kann zum Beispiel durch Verkleben an der Vorderseite dem nicht verformten Ring 3b zugeordnet werden.

Claims

Messvorrichtung eines Drillmoments auf einer Drehwelle, wobei diese Vorrichtung wenigstens einen in einer ersten Ebene eines geraden Abschnitts der genannten Welle angeordneten Magnetfeldgenerator und wenigstens ein Feststellorgan des Magnetfeldes (8) in fester Position in einer zweiten Ebene eines geraden Abschnitts der genannten Welle umfasst, wobei das Feststellorgan (8) im Anschluss an die relative winkelförmige Verschiebung des Feldgenerators im Verhältnis zum Feststellorgan (8) ein zum Drillmoment proportionales Signal ausgibt, der Magnetfeldgenerator besitzt eine magnetisierte Struktur mit antiparallelen Magnetisierungsrichtungen und wird von fest mit Steuermitteln der Drehwelle verbundenen Trägermitteln getragen, wobei das Feststellorgan des Magnetfeldes (8) deutlich gegenüber dem Magnetfeldgenerator angeordnet ist und von mit der Drehwelle fest verbundenen Trägermitteln getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermittel des Magnetfeldgenerators und die Trägermittel des Feststellorgans des Magnetfeldes (8) durch Folgendes gebildet werden: – einen ersten äußeren, verschiebbaren Ring (3a) – einen zweiten äußeren deutlich nicht gespannten, entfernt vom äußeren verschiebbaren Ring (3a) angeordneten Ring (3b), wobei der äußere verschiebbare Ring (3a) zur steifen festen Verbindung mit dem das auf der geführten Welle zu messende Moment anwendenden Mittel geeignet ist, wobei der äußere verschiebbare Ring (3a) durch wenigstens ein elastisch verformbares Mittel (4a) mit einem inneren Ring (2) montiert ist, wobei der innere Ring (2) in Rotation mit der geführten Welle fest verbunden ist, wobei der äußere, deutlich nicht gespannte Ring (3b) durch wenigstens ein deutlich nicht gespanntes Mittel (5) mit dem inneren Ring (2) montiert ist, wobei der verschiebarre Ring (3a), der äußere, deutlich nicht gespannnte Ring (3b) und der innere Ring (2) sind mit ihren Verbindungselementen (4a, 5) aus demselben Material hergestellt, so dass die relative winkelförmige Verschiebung des Feldgenerators im Verhältnis zum Feststellorgan des Feldes (8) unter der Wirkung des durch die das Moment anwendenden Mittel angewendeten Moments durch die relative kleine Verschiebung der beiden äußeren Ringe im Verhältnis zueinander hervorgerufen wird.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldgenerator durch den äußeren verschiebbaren Ring (3a) getragen wird, wobei der Feldsensor durch den äußeren, deutlich nicht gespannten Ring (3b) getragen wird.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldgenerator durch den äußeren, deutlich nicht gespannten Ring (3b) getragen wird, wobei der Magnetfeldsensor durch den äußeren, verschiebbaren Ring (3a) getragen wird.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei auf einem Durchmesser der äußeren Ringe (3a, 3b) gegenüber angeordnete Feldsensoren und zwei Feldgeneratoren umfasst.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Ringe (3a, 3b) koaxial sind und deutlich denselben Durchmesser haben.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das den ersten äußeren verschiebbaren Ring (3a) und den inneren Ring (2) zuordnende elastisch verformbare Mittel ein sich radial vom inneren Ring (2) zum äußeren verschiebbaren Ring (3a) erstreckender Balken (4a) ist.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere, sich radial vom inneren Ring (2) zum ersten äußeren verschiebbaren Ring (3a) erstreckende elastisch verformbare Balken (4a) umfasst.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Balken (4a) in derselben Entfernung voneinander beabstandet sind.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbaren Balken (4a) nicht in derselben Entfernung voneinander beabstandet sind.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe von wenigstens einem elastisch verformbaren Balken (4a) von seinem Fußende bis zu seinem Kopfende variiert.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke wenigstens eines elastisch verformbaren Balkens (4a) von seinem Kopfende bis zu seinem Fußende variiert.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Struktur der elastisch verformbaren Balken (4a) auf identische Weise von ihrem Fußende bis zu ihrem Kopfende variiert, wobei die Dicke der genannten Balken (4a) konstant ist.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Struktur der elastisch verformbaren Balken (4a) auf identische Weise von ihrem Fußende bis zu ihrem Kopfende variiert, wobei die Höhe der genannten Balken (4a) konstant ist.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der elastisch verformbaren Balken (4a) auf lineare Weise vom Fußende bis zum Kopfende der genannten Balken (4a) variiert.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der elastisch verformbaren Balken (4a) auf polynomische Weise vom Fußende bis zum Kopfende der genannten Balken (4a) variiert.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der elastisch verformbaren Balken (4a) auf lineare Weise vom Fußende bis zum Kopfende der genannten Balken (4a) variiert.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der elastisch verformbaren Balken (4a) auf polynomische Weise vom Fußende bis zum Kopfende der genanten Balken (4a) variiert.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das den zweiten äußeren, deutlich nicht gespannten Ring (3b) und den inneren Ring (2) zuordnende, deutlich nicht gespannte Mittel ein sich radial vom inneren Ring (2) zum zweiten äußeren, deutlich nicht gespannten Ring (3b) erstreckender Balken (5) ist.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet; dass sie mehrere deutlich spannungsfreie, sich radial vom inneren Ring (2) zum zweiten äußeren, nicht gespannten Ring (3b) erstreckende und diese miteinander verbindende Balken (5) umfasst.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die deutlich spannungsfreien Balken (5) voneinander in derselben Entfernung beabstandet sind.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die deutlich spannungsfreien Balken (5) voneinander nicht in derselben Entfernung beabstandet sind.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die deutlich spannungsfreien Balken (15) deutlich in denselben radialen Ebenen angeordnet sind wie die verformbaren Balken (4a).
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die deutlich spannungsfreien Balken (5) eine deutlich identische Geometrie aufweisen wie die der elastisch verformbaren Balken (4a).
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbaren Balken (4a) und die deutlich spannungsfreien Balken (5) insgesamt vier Stück sind.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das den äußeren verformbaren Ring (3a) dem inneren Ring (2) zuordnende elastisch verformbare Mittel ein in Verdrehung verschiebbares Rohr (4b) ist.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verdrehung verformbare Röhre in Längsrichtung durchbrochen ist, wobei sich Öffnungen gemäß der Richtung D der in Torsionsflexion geführten Welle erstrecken.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das deutlich nicht gespannte, den zweiten äußeren Ring (3b) dem inneren Ring (2) zuordnende Mittel ein sich radial vom inneren Ring (2) zum äußeren, verschiebbaren Ring (3a) erstreckender Balken (5) ist.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwei radiale, gemäß einem Durchmesser des äußeren, deutlich nicht gespannten Ring (3b) angeordnete Balken diesen mit dem inneren Ring (2) verbinden.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das den ersten äußeren verschiebbaren Ring (3a) und den inneren Ring (2) zuordnende elastisch verformbare Mittel die Form einer wenigstens einen Krümmer umfassenden Rohrschlange aufweist.
Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere, sich radial vom inneren Ring (2) zum ersten äußeren, verschiebbaren Ring (3a) elastisch verformbare Rahrschlangen umfasst.
Anwendung einer Messvorrichtung eines Drillmoments gemäß Anspruch 1 bis 31 mit Servolenkungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge.