EP2697619A1 - Kombination aus einer ein drehmoment übertragenden antriebswelle und einer die antriebswelle lagernden lageranordnung - Google Patents

Kombination aus einer ein drehmoment übertragenden antriebswelle und einer die antriebswelle lagernden lageranordnung

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EP2697619A1
EP2697619A1 EP12713013.6A EP12713013A EP2697619A1 EP 2697619 A1 EP2697619 A1 EP 2697619A1 EP 12713013 A EP12713013 A EP 12713013A EP 2697619 A1 EP2697619 A1 EP 2697619A1
Authority
EP
European Patent Office
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drive shaft
torque
sensor device
bearing
bearing assembly
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12713013.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Brehm
Armin Gerner
Eduard Beresch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • G—PHYSICS
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    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such

Definitions

  • the invention relates to a combination of a torque transmitting drive shaft and a bearing assembly supporting the drive shaft.
  • the invention is thus based on the problem, in particular with respect to a torque measurement improved combination of a torque transmitting Drive shaft and a bearing the drive shaft bearing assembly for detecting the torque of a drive shaft specify.
  • the bearing assembly at least one integrated sensor device for contactless detection of a torsional change of a magnetic field on the drive shaft in the area the bearing assembly provided or torque-tight connected to the drive shaft magnetized portion, wherein the detected field change is a measure of the transmitted torque.
  • the bearing arrangement comprises at least one integrated sensor device for detecting a torsion-related change in a magnetic field of a magnetized section provided on the drive shaft in the region of the bearing arrangement or connected torque-tight to the drive shaft.
  • the magnetic field change of the shaft is easy to detect and directly proportional to the mechanical load.
  • Such sensor devices are also insensitive to many application-typical influences, such as, for example, high temperatures, aggressive liquids, vibrations or mechanical shocks and most types of dust particles or dirt particles.
  • application-typical influences such as, for example, high temperatures, aggressive liquids, vibrations or mechanical shocks and most types of dust particles or dirt particles.
  • excessively high temperatures can lead to demagnetization, and too high vibrations, impacts and other mechanical vibrations are normally disadvantageous.
  • the sensor device allows a torque detection without distorting the detected torque, for example caused by a slope of a terrain or an inclination of the combination, as by the slope or the inclination additionally a downgrade force acts on the combination, which this is loaded obliquely.
  • any sensor device can be used as long as it allows a non-contact torque measurement.
  • the sensor device in particular the sensors, can be active or passive.
  • passive coils are to be used, since they are very robust and cost-effective to manufacture and can work in applications with high operating temperatures.
  • Passive sensors are sensors that contain only passive elements, such as coils, resistors or capacitors, and operate without a permanent power supply.
  • Active sensors are sensors which contain internally amplifying or signal-shaping components, for example transistors, thyristors, optocouplers or relays, and are operated with a power supply.
  • the sensor device can be arranged on a bearing supporting the working shaft, wherein of course the sensor device can be arranged on another non-rotating component, as long as the magnetized portion of the drive shaft remains detectable.
  • An outer ring of the bearing designed as a radial bearing can be axially extended, wherein the sensor device is arranged here on the inside of the outer ring.
  • the sensor device is integrated in the bearing and can thus be installed as a unit, which does not incur additional and high costs.
  • a circumferential groove on the outer ring is inserted on the inside, in which the annular sensor device can be arranged.
  • An expedient development of the invention provides to enclose the sensor device by means of a sealing element, in particular a sealing ring, which is arranged on the bearing arrangement, in particular on the outer ring, and seals off towards the drive shaft. This may be necessary in cases where the combination is exposed to wet or humid climatic working conditions. In this respect, a failure of the electronics, in particular the sensor device can be avoided.
  • the width of the magnetized portion may substantially correspond to the width of the sensor device.
  • the width of the magnetized portion or the width of the sensor device may vary, as long as sufficient coverage or detection of the magnetic field change is possible.
  • the magnetic portion may be provided or formed on the drive shaft itself.
  • the magnetized portion may be provided or formed at the torque-fixed to the drive shaft connected inner ring of the bearing.
  • a torque-resistant connection can be made possible for example by working methods such as gluing, welding, soldering or interference fit. Of course, other working methods can be used, which enable a torque-resistant connection.
  • the invention relates to an agricultural implement, in particular agricultural vehicle, z.
  • a self-propelled harvester such as combine harvester, forage harvester, sugar beet harvesters, potato harvesters comprising at least one combination of shaft and bearing assembly of the type described, based on the determined by the sensor device magnetic field change information in a control device at least one operating parameter, which is the subsequent operation of the implement based , is determinable.
  • implements can be understood, for example, machines or vehicles comprising a PTO, a gear, a feeder, a drum, a shredder or a cutting unit. With the help of the determined magnetic field change information operating parameters can be determined or adjusted.
  • the invention can generally be used in tractors such as balers (round and square presses), harvesting wagons, loading wagons, hay tedders, rotary mowers, cutting units. For example, based on the determined torque on the drive shaft a conclusion on the flow rate of a material to be conveyed possible. A feedback to the controller and / or to the driver can thus ensure an optimal driving speed of a harvester or a tractor, whereby a high utilization of implements or agricultural vehicles is possible without an overload with associated damage, such as the destruction of equipment, units or to risk storage. In this respect, a longer life of the tools can be made possible. Furthermore, the torque detection can also prevent blockages of the equipment by the vehicle speed is reduced. A so-called reversing operation, ie an operating mode which runs backwards, can thus be avoided.
  • control device can use the determined torque to calculate an optimum output of a grit, for example from a fertilizer spreader, a manure spreader, a lime spreader, a salt spreader or a sand spreader (winter service), and convert this by changing the rotational speed of a slinger on the spreader.
  • a fertilizer spreader for example from a fertilizer spreader, a manure spreader, a lime spreader, a salt spreader or a sand spreader (winter service)
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a combination according to the invention of a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic diagram of a combination of a second embodiment according to the invention
  • Figure 3 is a schematic diagram of an agricultural implement according to the invention, in particular an agricultural vehicle of a first embodiment.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a combination of the invention 1, comprising a drive shaft 2 and a drive shaft 2 superimposed bearing assembly 3, wherein the drive shaft 2 is rotatable about a horizontal axis. This is indicated by the rotation arrow D.
  • a circumferential groove on the non-rotating outer ring 9 is inserted inside the bearing assembly 3, in which an annular sensor device 4 is arranged. This makes it possible that an additional radial space is avoided.
  • the sensor device 4 here formed for example with coils, is used to detect a torsional change in a magnetic field of a provided on the drive shaft 2 in the region of the bearing assembly 3 magnetized portion 5, which field change is a measure of the transmitted torque.
  • the magnetized section 5 of the ferromagnetic drive shaft 2 see are white domains or domains in which electron spins, which form the elementary magnets of matter, are aligned parallel. If there is now a torsion-related change of a magnetic field on the drive shaft 2, the white domains or the domains in the magnetized section 5 change, which leads to a change in the magnetic field. This change in the magnetic field of the shaft is easy to detect via the sensor device 4 and is directly proportional to the mechanical torsional load, whereby the torque is determined wear-free and non-contact.
  • a local magnetization of the section 5 can be achieved for example by a magnetization device with a permanent magnet or a permanent magnet.
  • the sensor device 4 is connected via a cable outlet 6 with a downstream control device 7, which processes the received signals, for example, to determine the optimum driving speed and the To reduce or increase the driving speed or to determine the utilization / load of the machine.
  • a feedback of this information or information for example, via a visual display device, for. B. a display done.
  • a sealing element 11 preferably a sealing ring 11a, is arranged in front of the sensor device 4 in order to seal the sensor device 4 with respect to the drive shaft 2 and to prevent a failure of the electronics and thus a failure of the sensor device.
  • the consequence of a failure of the sensor device would therefore be that the torque detection can not be determined, and thus, for example, optimum spreading of the grit can not be determined.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a combination 1 according to the invention, where the same reference numerals are used as far as possible for identical components.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a combination according to the invention 1 according to Figure 1, however, detects the sensor device 4, the torsional change of a magnetic field of a magnetized portion 5 at the torque fixed to the drive shaft 2 connected inner ring of the bearing 8, wherein the same laws apply as in Fig. 1.
  • the magnetic field change is also a measure of the transmitted torque.
  • a torque-resistant connection can be achieved for example by working methods such as gluing, welding, soldering or interference fit.
  • the section 5 can be formed on the inner ring itself, or be attached as a separate ring member on the inner ring.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of an inventive agricultural work- ing device, in particular an agricultural vehicle, here exemplarily a tractor 13, wherein the tractor 13 on the front side 14 a working device 15, for example, a power take-off or PTO 16, where not closer combination of the invention shown 1 is arranged in the housing 12.
  • the detected torque signals are forwarded by the sensor device 4 to the control device 7, after which further steps are initiated.
  • a grit such as a fertilizer spreader, a manure spreader or a Kalkstreuer.
  • the result leads For example, to a change in the speed of a centrifugal disc on the spreader, so that optimum spreading of a grit is guaranteed.

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Abstract

Kombination aus einer ein Drehmoment übertragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (3) wenigstens eine integrierte Sensoreinrichtung (4) zur Erfassung einer torsionsbedingten Änderung eines Magnetfeldes eines an der Antriebswelle (2) im Bereich der Lageranordnung (3) vorgesehen oder mit der Antriebswelle (2) drehmomentfest verbundenen magnetisierten Abschnitt (5) aufweist, welche Feldänderung ein Mass für das übertragene Drehmoment ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Kombination aus einer ein Drehmoment übertragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung
Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Kombination aus einer ein Drehmoment übertragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung.
Hintergrund der Erfindung Es ist bekannt, Drehmomente einer rotierenden Antriebswelle mittels mechanisch verbundener Teile, beispielsweise einem Hebel und ein Gestänge, zu erfassen. Auch die Erfassung des Drehmoments über einen Hydraulikdruck wird in der Praxis angewandt.
Die bekannten hierzu geeigneten Kombinationen aus einer ein Drehmoment über- tragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung beziehungsweise Vorrichtungen eignen sich jedoch nur bedingt zur Erfassung eines Drehmoments, da die Messung über einen Hebel und ein Gestänge bei einer Drehmomentmessung Verschleiß verursacht und dem zufolge Wartungskosten als auch Wartungszeiten vermehrt in Anspruch genommen werden müssen. Ein weiterer Nachteil bei bekannten hierzu geeigneten Kombinationen aus einer ein Drehmoment übertragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung beziehungsweise Vorrichtungen ist eine Messung des Drehmoments über einen Hydraulikdruck, wobei die Ausgestaltungsform eine aufwendige Ansteuerung zufolge hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine insbesondere hinsichtlich einer Drehmomentmessung verbesserte Kombination aus einer ein Drehmoment übertragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung zur Erfassung des Drehmoments einer Antriebswelle anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Kombination aus einer ein Drehmoment über- tragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lageranordnung wenigstens eine integrierte Sensoreinrichtung zur berührungslosen Erfassung einer torsionsbedingten Änderung eines Magnetfeldes eines an der Antriebswelle im Bereich der Lageranordnung vorgesehenen oder mit der Antriebswelle drehmomentfest verbundenen magnetisierten Abschnitt aufweist, wobei die erfasste Feldänderung ein Maß für das übertragene Drehmoment ist.
Somit ist bei der erfindungsgemäßen Kombination aus einer ein Drehmoment übertragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung vorteil- hafterweise keine Messung über einen Hebel und ein Gestänge notwendig, ebenso ist keine aufwendige Ansteuerung des Hydraulikdrucks erforderlich, da die Messung berührungsfrei erfolgt. Die Lageranordnung umfasst wenigstens eine integrierte Sensoreinrichtung zur Erfassung einer torsionsbedingten Änderung eines Magnetfeldes eines an der Antriebswelle im Bereich der Lageranordnung vorgesehenen oder mit der Antrieb- swelle drehmomentfest verbundenen magnetisierten Abschnitt. Die Magnetfeldänderung der Welle ist einfach zu erfassen und direkt proportional zur mechanischen Belastung. Somit kann das Drehmoment berührungslos und verschleißfrei ermittelt werden. Auch sind solche Sensoreinrichtungen gegenüber vielen anwendungstypischen Einflüssen unempfindlich, wie beispielsweise hohe Temperaturen, aggressive Flüssigkeiten, Vibra- tionen oder mechanischen Erschütterungen und den meisten Arten von Staubpartikeln oder Schmutzpartikeln. Bei herkömmlichen Sensoreinrichtungen können zu hohe Temperaturen hingegen zu einer Entmagnetisierung führen, ebenso sind normalerweise zu starke Vibrationen, Schläge und sonstige mechanische Erschütterungen nachteilig. Des Weiteren ermöglicht die Sensoreinrichtung eine Drehmomenterfassung ohne Verfäl- schung des erfassten Drehmoments, beispielsweise hervorgerufen durch eine Hanglage eines Geländes oder eine Schrägstellung der Kombination, da durch die Hanglage bzw. die Schrägstellung zusätzlich eine Hangabtriebskraft auf die Kombination wirkt, wodurch diese schräg belastet wird. Jedoch hat dies keinen Einfluss auf die Drehmomenterfassung, da diese berührungslos und nicht wie dem Stand der Technik zu entnehmen ist, eine Messung über einem Hebel und ein Gestänge, erfolgt. Verwendet werden kann jede Sensoreinrichtung, solange sie eine berührungsfreie Drehmomentmessung ermöglicht. Die Sensoreinrichtung, insbesondere die Sensoren, können aktiv oder passiv ausgebildet sein. Vorzugsweise sind passive Spulen zu verwenden, da diese sehr robust und kostengünstig zu fertigen sind und in Anwendungen mit hohen Betriebstemperaturen arbeiten können. Passive Sensoren sind Sensoren, die nur passive Elemente, beispielsweise Spulen, Widerstände oder Kondensatoren enthalten, und ohne eine permanente anliegende Stromversorgung betrieben werden. Aktive Sensoren hingegen sind Messfühler, die intern verstärkende oder signalformende Bauelemente, beispielsweise Transistoren, Thyristoren, Optokoppler oder Relais enthalten und mit einer Stromversorgung betrieben werden.
Die Sensoreinrichtung kann an einem die Arbeitswelle lagernden Lager angeordnet sein, wobei selbstverständlich die Sensoreinrichtung an einem anderen nicht drehenden Bauteil angeordnet werden kann, solange der magnetisierte Abschnitt der Antriebswelle erfassbar bleibt.
Ein Außenring des als Radiallager ausgeführten Lagers kann axial verlängert werden, wobei die Sensoreinrichtung hier innenseitig am Außenring angeordnet ist. Somit kann eine zusätzliche Baueinheit vermieden werden. Idealerweise wird die Sensoreinrichtung im Lager integriert und kann folglich als eine Einheit verbaut werden, wodurch keine zusätzlichen und hohen Kosten entstehen.
Zweckmäßig ist eine umlaufende Nut am Außenring innenseitig eingebracht, in der die ringförmige Sensoreinrichtung angeordnet werden kann. Somit kann ein zusätzlicher radialer Bauraum vermieden werden. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Sensoreinrichtung mittels einem an der Lageranordnung, insbesondere am Außenring angeordneten, zur Antriebswelle hin abdichtenden Dichtelement, insbesondere einem Dichtring, einzufassen. Dies kann in Fällen notwendig sein, bei denen die Kombination nassen beziehungsweise feuchten klimatischen Arbeitsbedingungen ausgesetzt wird. Insofern kann ein Ausfallen der Elektronik, insbesondere der Sensoreinrichtung, vermieden werden. Die Breite des magnetisierten Abschnitts kann im Wesentlichen der Breite der Sensoreinrichtung entsprechen. Selbstverständlich kann die Breite des magnetisierten Abschnitts beziehungsweise die Breite der Sensoreinrichtung variieren, solange eine ausreichende Überdeckung gegeben bzw. Erfassung der Magnetfeldänderung möglich ist. Der magnetische Abschnitt kann an der Antriebswelle selbst vorgesehen oder ausgebildet sein. Alternativ kann der magnetisierte Abschnitt am drehmomentfest mit der Antriebswelle verbundenen Innenring des Lagers vorgesehen oder ausgebildet werden. Eine drehmomentfeste Verbindung kann beispielsweise durch Arbeitsverfahren wie Kleben, Schweißen, Löten oder Übermaßpassung ermöglicht werden. Selbstverständlich können weitere Arbeitsverfahren angewandt werden, die eine drehmomentfeste Verbindung ermöglichen.
Ferner betrifft die Erfindung ein landwirtschaftliches Arbeitsgerät, insbesondere landwirtschaftliches Fahrzeug, z. B. eine selbstfahrende Erntemaschine wie Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrübenvollernter, Kartoffelvollernter, umfassend wenigstens eine Kombination aus Arbeitswelle und Lageranordnung der beschriebenen Art, wobei anhand der von der Sensoreinrichtung ermittelte Magnetfeldänderungsinformationen in einer Steuerungseinrichtung wenigstens ein Betriebsparameter, der dem nachfolgenden Betrieb des Arbeitsgeräts zugrunde gelegt wird, ermittelbar ist. Unter Arbeitsgeräten können beispielsweise Maschinen oder Fahrzeuge umfassend eine Zapfwelle, ein Getriebe, ein Einzug, eine Trommel, ein Häcksler oder ein Schneidwerk verstanden werden. Mit Hilfe der ermittelten Magnetfeldänderungsinformationen können Betriebsparameter ermittelt beziehungsweise eingestellt werden. Die Erfindung kann allgemein bei Zugmaschinen wie Ballenpressen (Rund- und Quaderpressen), Erntewägen, Ladewägen, Heuwendern, Kreiselmähwerken, Schneidwerken eingesetzt werden. Beispielsweise ist anhand des ermittelten Drehmoments an der Antriebswelle ein Rück- schluss auf die Fördermenge eines Fördergutes möglich. Eine Rückmeldung an die Steuerung und/oder an den Fahrer kann somit eine optimale Fahrgeschwindigkeit einer Erntemaschine oder einer Zugmaschine gewährleisten, womit eine hohe Ausnutzung von Arbeitsgeräten beziehungsweise landwirtschaftlichen Fahrzeugen ermöglicht wird, ohne eine Überlast mit damit verbundenen Schäden, beispielsweise die Zerstörung von Geräten, Einheiten oder Lagern zu riskieren. Insofern kann eine längere Lebensdauer der Arbeitsgeräte ermöglicht werden. Weiterhin kann die Drehmomenterfassung auch Verstopfungen der Arbeitsgeräte verhindern, indem die Fahrgeschwindigkeit reduziert wird. Ein sogenannter Reversierbetrieb, also ein Betriebsmodus welcher rückwärts abläuft, kann somit vermieden werden.
Zudem kann die Steuereinrichtung mit dem ermittelten Drehmoment eine optimale Aus- bringung eines Streuguts, beispielsweise von einem Düngestreuer, einem Miststreuer, einem Kalkstreuer, einem Salzstreuer oder einem Sandstreuer (Winterdienst), berechnen und dies durch Veränderungen der Drehzahl einer Schleuderscheibe am Streuer umsetzen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kombination einer ersten Ausführungsform; und
Figur 2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kombination einer zweiten Ausführungsform; und Figur 3 eine Prinzipdarstellung einem erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Arbeitsgerät, insbesondere einem landwirtschaftlichen Fahrzeug einer ersten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt als Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Kombination 1, umfassend eine Antriebswelle 2 und eine die Antriebswelle 2 lagernde Lageranordnung 3, wobei die Antriebswelle 2 um eine horizontale Achse drehbar ist. Dies wird durch den Drehpfeil D angedeutet. Zweckmäßig ist in die Lageranordnung 3 eine umlaufende Nut am nicht drehenden Außenring 9 innenseitig eingebracht, in der eine ringförmige Sensoreinrichtung 4 angeordnet ist. Somit wird ermöglicht, dass ein zusätzlicher radialer Bauraum vermieden wird. Die Sensoreinrichtung 4, hier beispielsweise ausgebildet mit Spulen, dient zur Erfassung einer torsionsbedingten Änderung eines Magnetfeldes eines an der Antriebswelle 2 im Bereich der Lageranordnung 3 vorgesehenen magnetisierten Abschnitts 5, welche Feldänderung ein Maß für das übertragende Drehmoment ist. In dem magnetisierten Abschnitt 5 der ferromagneti sehen Antriebswelle 2 befinden sich Weißsche Bezirke bzw. Domänen, in denen Elektronenspins, welche die Elementarmagnete der Materie bilden, parallel ausgerichtet sind. Kommt es nun zu einer torsionsbedingten Änderung eines Magnetfeldes an der Antriebswelle 2, ändern sich die Weißsche Bezirke bzw. die Domänen in dem magnetisierten Abschnitt 5, wodurch es zu einer Magnetfeldänderung kommt. Diese Magnetfeldänderung der Welle ist über die Sensoreinrichtung 4 leicht zu erfassen und ist direkt proportional zur mechanischen Torsionsbelastung, womit das Drehmoment verschleißfrei und berührungslos ermittelt wird. Eine lokale Magnetisierung des Abschnitts 5 kann beispielsweise durch ein Magnetisierungsgerät mit einem Dauermagneten bzw. einem Permanentmagneten erreicht werden. Die Sensoreinrichtung 4 ist über einen Kabelabgang 6 mit einer nachgeschalteten Steuerungseinrichtung 7 verbunden, die die empfangenen Signale beispielsweise dahingehend verarbeitet, um die optimale Fahrgeschwindigkeit zu ermitteln und die Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren bzw. zu erhöhen oder um die Ausnutzung/Belastung der Maschine zu ermitteln. Eine Rückmeldung dieser Information bzw. Informationen kann beispielsweise über ein visuelles Anzeigegerät, z. B. ein Display erfolgen. Im gezeigten Beispiel ist vor der Sensoreinrichtung 4 ein Dichtelement 11, vorzugsweise ein Dichtring I Ia, angeordnet, um die Sensoreinrichtung 4 gegenüber der Antriebwelle 2 abzudichten und einen Ausfall der Elektronik und somit einen Ausfall der Sensoreinrichtung zu verhindern. Die Folge eines Ausfalls der Sensoreinrichtung wäre demnach, dass die Drehmomenterfassung nicht ermittelbar ist und somit beispielsweise eine optimale Ausbringung des Streuguts nicht ermittelbar ist.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kombination 1, wobei soweit möglich für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Figur 2 zeigt als Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Kombination 1 entsprechend Figur 1, allerdings erfasst die Sensoreinrichtung 4 die torsionsbedingte Änderung eines Magnetfeldes eines magnetisierten Abschnitts 5 am drehmomentfest mit der Antriebswelle 2 verbundenen Innenring des Lagers 8, wobei die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie in Fig. 1 gelten. Infolge dessen ist die Magnetfeldänderung auch hier ein Maß für das übertragende Drehmoment. Eine drehmomentfeste Verbindung kann beispielsweise durch Arbeitsverfahren wie Kleben, Schweißen, Löten oder Übermaßpassung erreicht werden. Der Abschnitt 5 kann am Innenring selbst ausgebildet werden, oder als separates Ringbauteil am Innenring befestigt werden.
Die Figur 3 zeigt als Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes landwirtschaftliches Ar- beitsgerät, insbesondere ein landwirtschaftliches Fahrzeug, hier exemplarisch einen Traktor 13, wobei der Traktor 13 an der Frontseite 14 ein Arbeitsgerät 15 aufweist, beispielsweise einen Nebenabtrieb bzw. eine Zapfwelle 16, an der die nicht näher gezeigte erfindungsgemäße Kombination 1 in dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Die er- fassten Drehmoment- Signale werden von der Sensoreinrichtung 4 an die Steuerungseinrichtung 7 weitergeleitet, wonach weitere Schritte eingeleitet werden. Zu nennen wäre eine Berechnung zur optimalen Ausbringung eines Streuguts, beispielsweise von einem Düngestreuer, einem Miststreuer oder einem Kalkstreuer. Das Ergebnis führt beispielsweise zu einer Veränderung der Drehzahl einer Schleuderscheibe am Streuer, sodass eine optimale Ausbringung eines Streuguts gewährleistet wird.
Bezugszahlenliste
1 Kombination
2 Antriebswelle
3 Lageranordnung
4 Sensoreinrichtung
5 magnetischer Abschnitt
5a magnetischer Teil des Lagerinnenrings
6 Kabelabgang
7 Steuereinrichtung
8 Lagerinnenring
9 Lageraußenring
10 Nut
11 Dichtelement
I Ia Dichtring
12 Gehäuse
13 Traktor
14 Frontseite
15 Arbeitsgerät
16 Nebenabtrieb/Zapfwelle

Claims

Patentansprüche
Kombination aus einer ein Drehmoment übertragenden Antriebswelle und einer die Antriebswelle lagernden Lageranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (3) wenigstens eine integrierte Sensoreinrichtung (4) zur Erfassung einer torsionsbedingten Änderung eines Magnetfeldes eines an der Antriebswelle (2) im Bereich der Lageranordnung (3) vorgesehen oder mit der Antriebswelle (2) drehmomentfest verbundenen magnetisierten Abschnitt (5) aufweist, welche Feldänderung ein Maß für das übertragene Drehmoment ist.
Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (4) an einem die Arbeitswelle (2) lagernden Lager angeordnet ist.
Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenring (9) des als Radiallager ausgeführten Lagers axial verlängert ist, wobei die Sensoreinrichtung (4) am Außenring (9) innenseitig angeordnet ist.
Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenring (9) eine umlaufende Nut (10) vorgesehen ist, in der die ringförmige Sensoreinrichtung (4) angeordnet ist.
Kombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (4) mittels einem an der Lageranordnung (3), insbesondere am Außenring (9) angeordneten, zur Antriebswelle (2) hin abdichtenden Dichtelements (11), insbesondere eines Dichtrings (I Ia), eingefasst ist.
Kombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - axial gesehen - die Breite des magnetisierten Abschnitts (5) im Wesentlichen der Breite der Sensoreinrichtung (4) entspricht.
Kombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Abschnitt (5) an der Antriebswelle (2) selbst vorgesehen oder ausgebildet ist, oder dass der magnetisierte Abschnitt (5) am drehmomentfest mit der Antriebswelle (2) verbundenen Innenring (8) des Lagers vorgesehen oder ausgebildet ist. Landwirtschaftliches Arbeitsgerät, insbesondere landwirtschaftliches Fahrzeug, z.
B. eine selbstfahrende Erntemaschine wie Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrübenvoll ernter, Kartoffelvollernter, umfassend wenigstens eine Kombination aus Arbeitswelle (2) und Lageranordnung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei anhand der von der Sensoreinrichtung (4) ermittelte Magnet- feldänderungsinformationen in einer Steuerungseinrichtung (7) wenigstens ein Betrieb sparameter, der dem nachfolgenden Betrieb des Arbeitsgeräts zugrunde gelegt wird, ermittelbar ist.
EP12713013.6A 2011-04-15 2012-03-26 Kombination aus einer ein drehmoment übertragenden antriebswelle und einer die antriebswelle lagernden lageranordnung Withdrawn EP2697619A1 (de)

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