WO2015106753A1 - Anordnung zum messen einer kraft oder eines drehmomentes an einem maschinenelement - Google Patents

Anordnung zum messen einer kraft oder eines drehmomentes an einem maschinenelement Download PDF

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Christian Mock
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    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for measuring a force and / or torque on a machine element extending in an axis using the inverse magnetostrictive effect.
  • transducer element which is intended for use in a torque or force sensor.
  • the transducer element is integral with a shaft of magnetizable material and has magnetization aligned in an axial direction.
  • DE 600 07 641 T2 shows a transducer element which is provided for a torque or force sensor converter.
  • magnetizations are formed in a radially inner region and in a radially outer region.
  • DE 601 05 794 T2 shows a force-sensitive transducer element comprising a body of magnetic material, wherein in the body at least two magnetized regions are formed, which extend at an angle to the power transmission direction and have opposite magnetization polarities.
  • DE 699 36 138 T2 shows a magnetic force sensor in which a magnetized material is exposed to a bending moment, wherein the external magnetic field of the magnetized material can be determined with the aid of a sensor arrangement.
  • WO 201 1/085400 A1 shows a magnetoelastic force sensor with which mechanical loads of an element can be measured. The element has a tangentially circulating magnetization and is loaded with a bending moment. On a middle level there is a magnetic field sensor.
  • DE 602 00 499 T2 shows a position sensor with a magnetic structure with two ferromagnetic rings. From DE 692 22 588 T2 an annular magnetized torque sensor is known.
  • DE 691 32 101 T2 shows a magnetic image sensor with a wire which has a magnetization in the circumferential direction.
  • WO 2007/048143 A2 teaches a sensor with a magnetized shaft.
  • WO 01/27638 A1 shows a vibration sensor with a shaft which is circumferentially or longitudinally magnetized.
  • a torque sensor which comprises a magnetization of a rotating shaft.
  • the magnetization is formed circumferentially.
  • US Pat. No. 8,191,431 B2 shows a sensor with a magnetized shaft in which at least two magnetically active regions extend axially.
  • the object of the present invention is the possibilities for measuring forces and moments Machine elements using the inverse magnetostrictive effect to expand.
  • the arrangement according to the invention serves to measure a force and / or a moment on a machine element extending in an axis.
  • the force or the moment acts on the machine element, which leads to mechanical stresses and the machine element usually deforms slightly.
  • the machine element has at least one permanent magnetization.
  • the permanent magnetization extends along a closed magnetization path.
  • the magnetization path runs in the material of the machine element. In an area around the magnetization path, the material of the machine element is permanently magnetized. Outside this range, the machine element is preferably not magnetized.
  • the magnetization path preferably runs at least partially along a surface of the machine element, so that the permanent magnetization preferably extends at least partially on the surface of the machine element.
  • the arrangement further comprises at least one magnetic field sensor, which is arranged opposite the machine element.
  • the magnetic field sensor is used to determine a magnetic field and is designed to measure at least one vectorial component of a magnetic field emerging from the machine element, which is caused on the one hand by the permanent magnetization and on the other hand by the force and / or by the moment.
  • the at least one magnetic field sensor With the aid of the at least one magnetic field sensor, it is thus possible to measure the magnetic field that occurs due to the inverse-magnetostrictive effect due to the permanent magnetization and as a result of the force acting on the machine element or of the moment acting on the machine element.
  • the alignment of the permanent magnetization with respect to the axis changes along the magnetization path.
  • the orientation of the magnetization path changes along its extent with respect to the axis.
  • the permanent magnetization is generally axially, basically inclined to the axis or basically circumferentially aligned
  • the permanent magnetization of the inventive arrangement along their extension shows different orientations with respect to the axis.
  • the closed magnetizing path may extend completely on the surface in a peripheral portion of the machine element. By changing the orientation, the magnetization path within the peripheral portion may be closed. In any case, the magnetization path does not run completely along a circumference of the machine element, for which he would not have to change his alignment with respect to the axis.
  • any desired shapes within the machine element can be selected for the magnetization path as long as the magnetization path is closed.
  • the magnetization path can have different orientations with respect to the axis over a circumference of the machine element.
  • a particular advantage of the arrangement according to the invention is that the machine element can have aligned permanent magnetizations in a special way, as a result of which disturbing influences of, for example, a. B. external magnetic fields can be reduced and loads of the machine element can be measured individually by special forces and moments.
  • the machine element may comprise several of the permanent magnetizations, so that forces and / or moments at different positions of the machine element can be measured.
  • the permanent magnetization is in a state of the machine element, in which chem the machine element is unloaded by the force and / or by the moment, outside the machine element magnetically neutral. Consequently, the machine element is magnetically neutral to the outside if it is not loaded by a force or a moment and has no mechanical stresses. It then has no technically usable magnetic field, which is measurable outside the machine element.
  • the permanent magnetization is in a state of the machine element, in which the machine element is unloaded by the force and / or by the moment, in an energetic equilibrium. Consequently, the magnetic polarization in the material of the machine element in the unloaded state is in an energetic equilibrium.
  • the machine element preferably forms an integral part of the arrangement.
  • the permanent magnetization is preferably formed by a magnetized three-dimensional portion of the volume of the machine element, which has the form of a closed cable, wherein the magnetization path represents a central axis of the cable.
  • the rope preferably has a circular or a quadrangular cross-section.
  • the cross section may also be flattened, for example in the form of a flattened superellose lip or a flat rectangle.
  • the cross section of the rope along the extension of the rope is immutable.
  • the cross-section of the rope along the extension of the rope can also be variable.
  • the magnetization path is preferably formed by a closed in space three-dimensional curve. This curve runs in the machine element, in particular by the material of the machine element. The curve can in principle run arbitrarily, in particular the curve can also run irregularly.
  • the magnetization path or the three-dimensional curve is preferably axisymmetric. The magnetization path or the three-dimensional curve thus preferably has at least one axis of symmetry.
  • the axis of the machine element is preferably arranged outside the closed magnetization path or outside the closed curve. Thus, the magnetization path can not be closed along a circumference of the machine element, as is known in the art.
  • the magnetization path or the three-dimensional curve can also extend circumferentially around a recess in the machine element.
  • the recess may be, for example, a bore which is arranged radially in the machine element.
  • the magnetization path or the three-dimensional curve runs completely along a surface of the machine element. Consequently, the machine element is magnetized only on a part of its surface.
  • the magnetization path thus represents a closed curve on the surface of the machine element.
  • the magnetization path or the three-dimensional curve preferably has the shape of a polygon or a superellipse, wherein the polygon or the superellipse is projected onto the surface of the machine element.
  • the polygon or superellipse is preferably projected onto a peripheral portion of the surface of the machine element.
  • the magnetization path or the three-dimensional curve preferably has the shape of a parallelogram or a superellipse, wherein the parallelogram or the superellipse is projected onto the surface of the machine element.
  • the parallelogram or superellipse is preferably projected onto a peripheral portion of the surface of the machine element.
  • the parallelogram is preferably formed by a rectangle.
  • the sides of the rectangle may be orthogonal or parallel to the axis of the machine element. In this case, two of the four sides of the rectangle are aligned orthogonal to the axis, while the other two of the four sides of the rectangle are aligned parallel to the axis of the machine element.
  • the permanent magnetization thus changes its orientation with respect to the axis along the magnetization path from tangential to parallel and vice versa.
  • sides of the parallelogram or the sides of the rectangular parallelogram are inclined with respect to the axis.
  • the axes of the superellipse may be orthogonal or parallel to the axis of the machine element. Alternatively, the axes of the superellipse may also be inclined relative to the axis.
  • the superellipse is preferably formed by an ellipse.
  • the ellipse is preferably formed by a circle.
  • the superellipse is preferably formed as an oval.
  • the magnetization path or the three-dimensional curve runs only partially along a surface of the machine element.
  • the other part of the magnetization path or the three-dimensional curve thus runs further inside in the machine element below the surface of the machine element.
  • the magnetization path preferably runs in one plane.
  • a solder from a center of a surface spanned by the magnetization path onto the axis of the machine element lies in said plane.
  • the center may be a geometric center, but also a center of gravity of the surface spanned by the magnetization path.
  • the axis of symmetry of the preferably given axial symmetry of the magnetization path is preferably arranged parallel or perpendicular to the axis of the machine element, wherein this axis of symmetry may also be arranged obliquely with respect to the axis.
  • the axisymmetric magnetization path preferably has two longitudinal sides, one of the two longitudinal sides being arranged on the surface of the machine element, while the other of the two longitudinal sides is arranged below the surface of the machine element, preferably below the longitudinal side arranged on the surface.
  • the machine element has more of the permanent magnetizations.
  • the plurality of permanent magnetizations are preferably the same.
  • the plurality of permanent magnetizations are preferably aligned in the same way with respect to the axis.
  • the plurality of permanent magnetizations may be spaced apart from each other or disposed adjacent to each other.
  • the polarity of the plurality of permanent magnetizations preferably alternates between adjacent ones of the permanent magnetizations.
  • the plurality of permanent magnetizations can also be designed differently in order to simultaneously be able to measure different components of the magnetic field caused by the permanent magnetization and by the force and / or by the moment.
  • the component having the permanent magnetization is connected at least fixedly to the machine element or to a main component of the machine element, the permanent magnetization being exposed to the mechanical stresses occurring on the machine element together with the machine element.
  • the permanent magnetization is preferably formed integrally with the machine element or with a main component of the machine element. In any case, these are not additional permanent magnets which, for example, are fastened to the outside of the machine element and are not exposed to the mechanical stresses occurring on the machine element.
  • the permanent magnetization is preferably in a magnetoelastic section of the machine element educated. In the magnetoelastic section of the machine element, the machine element preferably consists of a
  • the machine element is designed as such magnetoelastic.
  • the machine element consists of a magnetostrictive material.
  • the arrangement comprises a plurality of the magnetic field sensors.
  • the one or more magnetic field sensors are preferably arranged at a distance from the axis.
  • the one or more magnetic field sensors are preferably stationary and spaced from the machine element. While the force or the moment can lead to movements or deformations of the machine element, the magnetic field sensors do not change their stationary position.
  • the magnetic field sensor is preferably designed to measure precisely one vectorial component of the magnetic field emerging from the machine element, which is caused on the one hand by the permanent magnetization and on the other hand by the force and / or by the moment.
  • the magnetic field sensor is designed to determine a single type of stress and insensitive to other types of stress.
  • the machine element preferably has the shape of a prism or a cylinder, wherein the prism or the cylinder is arranged coaxially to the axis.
  • the prism or the cylinder is preferably straight.
  • the machine element has the shape of a straight circular cylinder, wherein the circular cylinder is arranged coaxially to the axis.
  • the prism or the cylinder is conical.
  • the machine element is preferably formed by a shaft or by a flange.
  • the shaft or the flange can be designed for loads due to different forces and moments.
  • the machine element preferably has a cavity through which the axis extends at least in sections. Consequently, the cavity encloses at least a portion of the axis.
  • the cavity preferably extends in the axis.
  • the cavity is preferably cylindrical, wherein the cylindrical shape is arranged coaxially to the axis.
  • the machine element may be formed, for example, by a hollow shaft.
  • the one or more magnetic field sensors are preferably arranged in the hollow space of the machine element.
  • the one or more magnetic field sensors are alternatively preferably arranged outside the cavity.
  • the one or more magnetic field sensors are preferably formed by Hall sensors, coils or fluxgate magnetometers. In principle, other sensor types can also be used insofar as they are suitable for measuring the magnetic fields produced by the inverse-magnetostrictive effect. Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, with reference to the drawing. Show it:
  • FIG. 1 shows a machine element of a preferred embodiment of the arrangement according to the invention in a cross-sectional view; a magnetization path of an arrangement according to the invention; 3 shows a magnetization path of a first preferred embodiment of the arrangement according to the invention;
  • FIG. 5 shows a magnetization path of a third preferred embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 6 shows a magnetization path of a fourth preferred embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 7 shows a magnetization path of a fifth preferred embodiment of the arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 1 magnetization paths of a ninth preferred embodiment of the inventive arrangement
  • FIG. 12 shows one of the magnetization paths shown in FIG. 8 in a further view
  • FIG. 13 shows one of the magnetization paths shown in FIG. 8 in a further view.
  • Fig. 1 shows a machine element of a preferred embodiment of the arrangement according to the invention in a cross-sectional view.
  • This machine element is a hollow shaft made of a magnetostrictive material.
  • the hollow shaft may be subjected to various forces and moments which are to be measured by means of the arrangement according to the invention.
  • the arrangement according to the invention further comprises a magnetic field sensor (not shown), which is arranged to the hollow shaft in the vicinity of the hollow shaft objectionable.
  • the hollow shaft is partially magnetized by a permanent magnetization.
  • the permanent magnetization is formed along a magnetization path 01 (shown in FIGS. 2 to 13).
  • FIG. 1 an angle ß is illustrated.
  • Fig. 2 to Fig. 13 show representations of the hollow shaft with respect to the angle ß.
  • Fig. 2 to Fig. 1 1 show a cylinder jacket-shaped surface 02 different embodiments of the hollow shaft, wherein the cylinder jacket-shaped surface 02 is shown in each case via a rolling of the hollow shaft over the angle ß. Accordingly, the cylinder jacket-shaped surface 02 of the hollow shaft is shown in each case as a rectangle.
  • the magnetization path 01 runs on a cylinder jacket-shaped surface 02 of the hollow shaft.
  • the magnetization path 01 is closed and has an irregular shape in the general embodiment shown. Since the magnetization path 01 is arranged on the cylinder jacket-shaped surface 02 of the hollow shaft and is closed, it has different orientations along its course relative to an axis of the hollow shaft.
  • the magnetization path 01 of a first preferred embodiment of the arrangement according to the invention has the shape of a square.
  • the square is inclined by 45 ° with respect to the axis of the hollow shaft. This inclination angle ⁇ can also have other sizes.
  • the edge lengths a and b can also be different in size, so that the magnetization path in the unrolled representation has the shape of a rectangle.
  • the magnetization path 01 of a second preferred embodiment of the arrangement according to the invention has the shape of a square.
  • the square is aligned parallel to the axis of the hollow shaft.
  • the square can also be inclined by an angle of inclination ⁇ with respect to the axis.
  • the edge lengths a and b can also be of different sizes, so that the magnetization path 01 in the unrolled representation has the shape of a rectangle.
  • the magnetization path 01 has the shape of a circle.
  • the magnetization can also be oriented differently.
  • the magnetization path 01 has the shape of a superellipse-like oval.
  • the magnetization can also be oriented differently.
  • the radii ⁇ and r 2 can vary in size and are variable.
  • the edge length b is also variable.
  • FIG. 7 shows a magnetization path 01 of a fifth preferred embodiment of the arrangement according to the invention.
  • the magnetization path 01 has the shape of a superellipse-like oval.
  • the magnetization can be oriented differently.
  • the radii n and r 2 can vary in size and are variable.
  • the edge length a is also variable.
  • FIGS. 8 to 13 show magnetization paths 01 of preferred embodiments of the arrangement according to the invention, wherein the magnetization paths 01 are not completely formed on the cylinder jacket-shaped surface 02 of the hollow waveguide. le are arranged. Therefore, FIGS. 8 to 11 each show only a part of the respective magnetization path 01, namely the part which is arranged on the cylinder jacket-shaped surface 02 of the hollow shaft. This part has in the embodiments shown in the unrolled representation in each case the shape of a straight line.
  • FIGS. 8 to 13 each have two of the permanent magnetizations, wherein the two permanent magnetizations are symbolic of a plurality of permanent magnetizations.
  • the magnetization paths 01 of the embodiments shown in FIGS. 8 to 13 each lie in one plane and have the shape of a super-ellipse-like oval.
  • the ovals are narrow, so they each have two long sides.
  • One of the two longitudinal sides runs in each case on the surface 02 of the hollow shaft.
  • the other of the two longitudinal sides extends in each case under the longitudinal side located on the surface 02 in the interior of the material of the hollow shaft in the direction of the axis of the hollow shaft. Consequently, a solder from the center of the respective super ellipse-like oval lies on the axis of the hollow shaft in the plane of the respective super ellipse-like oval.
  • the planes comprising the magnetization paths 01 and the super-ellipse-like ovals are each inclined at an angle ⁇ with respect to the axis (not shown) of the hollow shaft.
  • the angle ⁇ is variable.
  • the edge lengths a and b of the long sides are also variable.
  • FIG. 9 shows two of the magnetization paths 01 of a seventh preferred embodiment of the arrangement according to the invention.
  • the planes comprising the magnetization paths 01 and the super-ellipse-like ovals are each inclined at an angle ⁇ with respect to the axis (not shown) of the hollow shaft.
  • the angle ⁇ is variable.
  • the edge lengths a and b of the long sides are also variable.
  • 10 shows two of the magnetization paths 01 of an eighth preferred embodiment of the arrangement according to the invention.
  • the planes encompassing the magnetization paths 01 and the super-ellipse-like ovals are each arranged perpendicular to the axis (not shown) of the hollow shaft.
  • the edge lengths a and b of the long sides are variable.
  • FIG. 11 shows two of the magnetization paths 01 of a ninth preferred embodiment of the arrangement according to the invention.
  • the planes comprising the magnetization paths 01 and the super-elliptical ovals respectively also include the axis (not shown) of the hollow shaft.
  • the edge lengths a and b of the long sides are variable.
  • FIG. 12 shows one of the magnetization paths 01 shown in FIG. 8 in a further view.
  • the plane of this view comprises the axis (not shown) of the hollow shaft, so that the hollow shaft and its cylinder jacket-shaped surface 02 are cut.
  • the two longitudinal sides of the superellipse-like oval of the magnetization path 01 are shown.
  • the longitudinal side extending below the cylinder jacket-shaped surface 02 can be arranged at different depths in the interior of the material of the hollow shaft.
  • FIG. 13 shows one of the magnetization paths 01 shown in FIG. 8 in a further view.
  • the plane of this view is arranged perpendicular to the axis (not shown) of the hollow shaft, so that the hollow shaft and its cylinder jacket-shaped surface 02 are cut.
  • the two longitudinal sides of the superellipse-like oval of the magnetization path 01 are shown.
  • the longitudinal side running below the cylinder jacket-shaped surface 02 can be arranged at different depths in the interior of the material of the hollow shaft.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes. Das Maschinenelement weist mindestens eine Permanentmagnetisierung auf. Die Permanentmagnetisierung erstreckt sich entlang eines geschlossenen Magnetisierungspfades (01). Der Magnetisierungspfad (01) verläuft bevorzugt zumindest teilweise entlang der Oberfläche (02) des Maschinenelementes. Die Anordnung umfasst weiterhin mindestens einen Magnetfeldsensor, welcher gegenüber dem Maschinenelement angeordnet ist. Der Magnetfeldsensor dient zur Bestimmung eines magnetischen Feldes und ist zur Messung zumindest einer vektoriellen Komponente eines aus dem Maschinenelement austretenden Magnetfeldes ausgebildet, welches einerseits durch die Permanentmagnetisierung und andererseits durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkt ist. Erfindungsgemäß ändert sich die Ausrichtung der Permanentmagnetisierung gegenüber der Achse entlang des Magnetisierungspfades (01).

Description

Anordnung zum Messen einer Kraft oder eines Drehmomentes an einem
Maschinenelement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes.
Aus der DE 600 08 543 T2 ist ein Wandlerelement bekannt, welches für eine Verwendung in einem Drehmoment- oder Kraftsensor vorgesehen ist. Das Wandlerelement liegt einstückig in einer Welle aus magnetisierbarem Material vor und weist eine in einer axialen Richtung ausgerichtete Magnetisierung auf.
Die DE 600 07 641 T2 zeigt ein Wandlerelement, welches für einen Drehmoment- oder Kraftsensorwandler vorgesehen ist. Bei diesem Wandlerelement sind Magnetisierungen in einer radial inneren Region und in einer radial äußeren Region ausgebildet.
Aus der DE 603 09 678 T2 ist ein Verfahren zum Erfassen eines Drehmomentes in einer Welle bekannt, bei welchem Magnetfelder mit alternierender Polari- tat erzeugt werden, welche mit einer Sensoranordnung gemessen werden.
Die DE 601 05 794 T2 zeigt ein kraftempfindliches Wandlerelement mit einem Körper aus magnetischem Material, wobei in dem Körper mindestens zwei magnetisierte Bereiche ausgebildet sind, welche sich unter einem Winkel zu der Kraftübermittlungsrichtung erstrecken und entgegengesetzte Magnetisierungspolaritäten aufweisen.
Die DE 699 36 138 T2 zeigt einen magnetischen Kraftsensor, bei welchem ein magnetisiertes Material einem Biegemoment ausgesetzt ist, wobei mithilfe ei- ner Sensoranordnung das äußere Magnetfeld des magnetisierten Materials bestimmbar ist. Die WO 201 1/085400 A1 zeigt einen magnetoelastischen Kraftsensor, mit welchem mechanische Belastungen eines Elementes messbar sind. Das Element weist eine tangential umlaufende Magnetisierung auf und wird mit einem Biegemoment belastet. Auf einer mittleren Ebene befindet sich ein Magnetfeldsen- sor.
Die DE 602 00 499 T2 zeigt einen Stellungsfühler mit einer magnetischen Struktur mit zwei ferromagnetischen Kränzen. Aus der DE 692 22 588 T2 ist ein ringförmig magnetisierter Drehmomentsensor bekannt.
Die DE 691 32 101 T2 zeigt einen magnetischen Bildsensor mit einem Draht, der eine Magnetisierung in Umfangsrichtung aufweist.
Aus der DE 698 38 904 T2 ist ein Drehmomentsensor mit kreisförmiger Magnetisierung bekannt.
Die WO 2007/048143 A2 lehrt einen Sensor mit einem magnetisierten Schaft.
Die WO 01/27638 A1 zeigt einen Schwingungssensor mit einem Schaft, der umfänglich oder longitudinal magnetisiert ist.
Aus der WO 2006/053244 A2 ist ein Drehmomentsensor bekannt, der eine Magnetisierung eines rotierenden Schaftes umfasst. Die Magnetisierung ist umfänglich ausgebildet.
Die US 8, 191 ,431 B2 zeigt einen Sensor mit einem magnetisierten Schaft, bei welchem sich mindestens zwei magnetisch aktive Bereiche axial erstrecken.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Möglichkeiten zur Messung von Kräften und Momenten an Maschinenelementen unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes zu erweitern.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß dem beigefüg- ten Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Anordnung dient zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Die Kraft bzw. das Moment wirkt auf das Maschinenelement, wodurch es zu mechanischen Spannungen kommt und sich das Maschinenelement zumeist geringfügig verformt. Das Maschinenelement weist mindestens eine Permanentmagnetisierung auf. Die Permanentmagnetisierung erstreckt sich entlang eines geschlossenen Magnetisierungspfades. Der Magnetisierungspfad verläuft im Material des Maschinenelementes. In einem Bereich um den Magneti- sierungspfad ist das Material des Maschinenelementes permanentmagnetisiert. Außerhalb dieses Bereiches ist das Maschinenelement bevorzugt nicht magne- tisiert. Der Magnetisierungspfad verläuft bevorzugt zumindest teilweise entlang einer Oberfläche des Maschinenelementes, sodass sich die Permanentmagnetisierung bevorzugt zumindest teilweise auf der Oberfläche des Maschinenele- mentes erstreckt.
Die Anordnung umfasst weiterhin mindestens einen Magnetfeldsensor, welcher gegenüber dem Maschinenelement angeordnet ist. Der Magnetfeldsensor dient zur Bestimmung eines magnetischen Feldes und ist zur Messung zumindest einer vektoriellen Komponente eines aus dem Maschinenelement austretenden Magnetfeldes ausgebildet, welches einerseits durch die Permanentmagnetisierung und andererseits durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkt ist. Mithilfe des mindestens einen Magnetfeldsensors ist es also möglich, das Magnetfeld, welches wegen des invers-magnetostriktiven Effektes aufgrund der Permanentmagnetisierung und infolge der auf das Maschinenelement wirkenden Kraft bzw. des auf das Maschinenelement wirkenden Momentes auftritt, zu messen. Erfindungsgemäß ändert sich die Ausrichtung der Permanentmagnetisierung gegenüber der Achse entlang des Magnetisierungspfades. Somit ändert sich auch die Ausrichtung des Magnetisierungspfades entlang seiner Erstreckung in Bezug auf die Achse. Es sind also Abschnitte des Magnetisierungspfades vor- handen, die in Bezug auf die Achse unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die Permanentmagnetisierung grundsätzlich axial, grundsätzlich geneigt zur Achse oder grundsätzlich umfänglich ausgerichtet ist, zeigt die Permanentmagnetisierung der erfindungsgemäßen Anordnung entlang ihrer Erstreckung unterschiedliche Ausrichtungen gegenüber der Achse. Der geschlossene Magnetisierungspfad kann beispielsweise vollständig auf der Oberfläche in einem umfänglichen Abschnitt des Maschinenelementes verlaufen. Durch die Änderung der Ausrichtung kann der Magnetisierungspfad innerhalb des umfänglichen Abschnittes geschlossen sein. Jedenfalls verläuft der Magnetisierungspfad nicht vollständig entlang ei- nes Umfanges des Maschinenelementes, wofür er seine Ausrichtung gegenüber der Achse nicht ändern müsste. Durch die erfindungsgemäß frei wählbare Ausrichtung des Magnetisierungspfades können für den Magnetisierungspfad beliebige Formen innerhalb des Maschinenelementes gewählt werden, solang der Magnetisierungspfad geschlossen ist. Insbesondere kann der Magnetisie- rungspfad über einen Umfang des Maschinenelementes hinweg unterschiedliche Ausrichtungen in Bezug auf die Achse aufweisen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass das Maschinenelement in besonderer Weise ausgerichtete Permanentmagne- tisierungen aufweisen kann, wodurch Störeinflüsse von z. B. externen Magnetfeldern reduziert werden können und Belastungen des Maschinenelementes durch besondere Kräfte und Momente individuell gemessen werden können. Insbesondere kann das Maschinenelement mehrere der Permanentmagnetisierungen umfassen, sodass Kräfte und/oder Momente an unterschiedlichen Posi- tionen des Maschinenelementes gemessen werden können.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Permanentmagnetisierung in einem Zustand des Maschinenelementes, in wel- chem das Maschinenelement durch die Kraft und/oder durch das Moment unbelastet ist, außerhalb des Maschinenelementes magnetisch neutral. Folglich ist das Maschinenelement nach außen magnetisch neutral, wenn es nicht durch eine Kraft oder ein Moment belastet ist und keine mechanischen Span- nungen aufweist. Es weist dann kein technisch nutzbares magnetisches Feld auf, welches außerhalb des Maschinenelementes messbar ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung steht die Permanentmagnetisierung in einem Zustand des Maschinenelementes, in welchem das Maschinenelement durch die Kraft und/oder durch das Moment unbelastet ist, in einem energetischen Gleichgewicht. Folglich steht die magnetische Polarisierung im Werkstoff des Maschinenelementes im unbelasteten Zustand in einem energetischen Gleichgewicht. Das Maschinenelement bildet bevorzugt einen integralen Bestandteil der Anordnung.
Die Permanentmagnetisierung ist bevorzugt durch einen magnetisierten dreidimensionalen Teilbereich des Volumens des Maschinenelementes gebildet, der die Form eines geschlossenen Seiles aufweist, wobei der Magnetisierungspfad eine mittlere Achse des Seiles darstellt. Das Seil weist bevorzugt einen kreisförmigen oder einen viereckigen Querschnitt auf. Der Querschnitt kann auch abgeflacht sein, beispielsweise in Form einer abgeflachten Superel- lipse oder eines flachen Rechteckes. Bevorzugt ist der Querschnitt des Seiles entlang der Erstreckung des Seiles unveränderlich. Allerdings kann der Querschnitt des Seiles entlang der Erstreckung des Seiles auch veränderlich sein.
Der Magnetisierungspfad ist bevorzugt durch eine im Raum geschlossene dreidimensionale Kurve gebildet. Diese Kurve verläuft im Maschinenelement, insbesondere durch das Material des Maschinenelementes. Die Kurve kann grundsätzlich beliebig verlaufen, insbesondere kann die Kurve auch unregelmäßig verlaufen. Der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve ist bevorzugt achsensymmetrisch. Der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve weist somit bevorzugt mindestens eine Symmetrieachse auf. Die Achse des Maschinenelementes ist bevorzugt außerhalb des geschlossenen Magnetisierungspfades bzw. außerhalb der geschlossenen Kurve angeordnet. Somit kann der Magnetisierungspfad nicht entlang eines Umfanges des Maschinenelementes geschlossen sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve kann sich auch umfänglich um eine Ausnehmung im Maschinenelement erstrecken. Bei der Ausnehmung kann es sich beispielsweise um eine Bohrung handeln, die radial im Maschinenelement angeordnet ist.
Bei einer ersten Gruppe bevorzugter Ausführungsformen verläuft der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve vollständig entlang einer Oberfläche des Maschinenelementes. Folglich ist das Maschinenelement nur auf einem Teil seiner Oberfläche magnetisiert. Der Magnetisierungspfad stellt so- mit eine geschlossene Kurve auf der Oberfläche des Maschinenelementes dar.
Der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve weist bevorzugt die Form eines Polygons oder einer Superellipse auf, wobei das Polygon bzw. die Superellipse auf die Oberfläche des Maschinenelementes projiziert ist. Das Polygon bzw. die Superellipse ist bevorzugt auf einen umfänglichen Abschnitt der Oberfläche des Maschinenelementes projiziert.
Der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve weist bevorzugt die Form eines Parallelogramms oder einer Superellipse auf, wobei das Parallelo- gramm bzw. die Superellipse auf die Oberfläche des Maschinenelementes projiziert ist. Das Parallelogramm bzw. die Superellipse ist bevorzugt auf einen umfänglichen Abschnitt der Oberfläche des Maschinenelementes projiziert. Das Parallelogramm ist bevorzugt durch ein Rechteck gebildet. Die Seiten des Rechteckes können orthogonal oder parallel gegenüber der Achse des Maschinenelementes angeordnet sein. In diesem Fall sind zwei der vier Seiten des Rechteckes orthogonal gegenüber der Achse ausgerichtet, während die zwei anderen der vier Seiten des Rechteckes parallel gegenüber der Achse des Maschinenelementes ausgerichtet sind. Die Permanentmagnetisierung ändert somit ihre Ausrichtung gegenüber der Achse entlang des Magnetisierungspfades von tangential nach parallel und umgekehrt. Bei alternativen bevorzugten Ausführungsformen sind Seiten des Parallelogramms bzw. die Seiten des als Rechteck ausgebildeten Parallelogramms gegenüber der Achse geneigt. Es sind unterschiedliche Neigungswinkel realisierbar. Die Achsen der Superellipse können orthogonal oder parallel gegenüber der Achse des Maschinenelementes angeordnet sein. Alternativ können die Achsen der Superellipse auch gegenüber der Achse geneigt sein.
Die Superellipse ist bevorzugt durch eine Ellipse gebildet. Die Ellipse ist be- vorzugt durch einen Kreis gebildet. Alternativ ist die Superellipse bevorzugt als ein Oval ausgebildet.
Bei einer zweiten Gruppe bevorzugter Ausführungsformen verläuft der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve nur teilweise entlang einer Oberfläche des Maschinenelementes. Der andere Teil des Magnetisierungspfades bzw. der dreidimensionale Kurve verläuft somit weiter innen liegend im Maschinenelement unterhalb der Oberfläche des Maschinenelementes. Bei dieser Gruppe bevorzugter Ausführungsformen verläuft der Magnetisierungspfad bevorzugt in einer Ebene. Ein Lot von einem Mittelpunkt einer vom Mag- netisierungspfad aufgespannten Fläche auf die Achse des Maschinenelementes liegt in der genannten Ebene. Bei dem Mittelpunkt kann es sich um einen geometrischen Mittelpunkt, aber auch um einen Schwerpunkt der vom Magnetisierungspfad aufgespannten Fläche handeln. Bei dieser zweiten Gruppe be- vorzugter Ausführungsformen ist die Symmetrieachse der bevorzugt gegebenen Achsensymmetrie des Magnetisierungspfades bevorzugt parallel oder senkrecht zur Achse des Maschinenelementes angeordnet, wobei diese Symmetrieachse auch schräg gegenüber der Achse angeordnet sein kann. Der achsensymmetrische Magnetisierungspfad weist bevorzugt zwei Längsseiten auf, wobei eine der beiden Längsseiten auf der Oberfläche des Maschinenelementes angeordnet ist, während die andere der beiden Längsseiten unterhalb der Oberfläche des Maschinenelementes angeordnet ist, bevorzugt unterhalb der auf der Oberfläche angeordneten Längsseite.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist das Maschinenelement mehrere der Permanentmagnetisierungen auf. Die mehreren Permanentmagnetisierungen sind bevorzugt gleich ausgebildet. Auch sind die mehreren Permanentmagnetisierungen bevorzugt in gleicher Weise gegenüber der Achse ausgerichtet. Die mehreren Permanentmagnetisierungen können zueinander beanstandet oder aneinander angrenzend angeordnet sein. Die Polarität der mehreren Permanentmagnetisierungen alterniert bevorzugt zwischen jeweils benachbarten der Permanentmagnetisierungen. Die mehreren Permanentmagnetisierungen können auch unterschiedlich ausgebildet sein, um gleichzeitig unterschiedliche Komponenten des durch die Permanentmagnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes messen zu können.
Die die Permanentmagnetisierung aufweisende Komponente ist zumindest fest mit dem Maschinenelement oder mit einer Hauptkomponente des Maschinen- elementes verbunden, wobei die Permanentmagnetisierung den am Maschinenelement auftretenden mechanischen Spannungen gemeinsam mit dem Maschinenelement ausgesetzt ist. Die Permanentmagnetisierung ist bevorzugt einstückig mit dem Maschinenelement oder mit einer Hauptkomponente des Maschinenelementes ausgebildet. Es handelt sich jedenfalls nicht um zusätzli- che Dauermagnete, welche beispielsweise außen am Maschinenelement befestigt sind und nicht den am Maschinenelement auftretenden mechanischen Spannungen ausgesetzt sind. Die Permanentmagnetisierung ist bevorzugt in einem magnetoelastisch ausgebildeten Abschnitt des Maschinenelementes ausgebildet. In dem magnetoelastisch ausgebildeten Abschnitt des Maschinenelementes besteht das Maschinenelement bevorzugt aus einem
magnetostriktiven Material. Bevorzugt ist nicht lediglich ein Abschnitt, sondern das Maschinenelement als solches magnetoelastisch ausgebildet. In diesem Fall besteht das Maschinenelement aus einem magnetostriktiven Material.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Anordnung mehrere der Magnetfeldsensoren. Der eine bzw. die mehreren Magnetfeldsensoren sind bevorzugt beabstandet von der Achse angeordnet.
Der eine bzw. die mehreren Magnetfeldsensoren sind bevorzugt ortsfest und beabstandet zum Maschinenelement angeordnet. Während die Kraft bzw. das Moment zu Bewegungen oder Verformungen des Maschinenelementes führen kann, verändern die Magnetfeldsensoren ihre ortsfeste Position nicht.
Der Magnetfeldsensor ist bevorzugt zur Messung genau einer vektoriellen Komponente des aus dem Maschinenelement austretenden Magnetfeldes aus- gebildet, welches einerseits durch die Permanentmagnetisierung und andererseits durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkt ist. Somit ist der Magnetfeldsensor zur Bestimmung einer einzigen Belastungsart ausgebildet und gegenüber anderen Belastungsarten unempfindlich. Das Maschinenelement weist bevorzugt die Form eines Prismas oder eines Zylinders auf, wobei das Prisma bzw. der Zylinder koaxial zu der Achse angeordnet ist. Das Prisma bzw. der Zylinder ist bevorzugt gerade. Besonders bevorzugt weist das Maschinenelement die Form eines geraden Kreiszylinders auf, wobei der Kreiszylinder koaxial zu der Achse angeordnet ist. Bei besonde- ren Ausführungsformen ist das Prisma bzw. der Zylinder konisch ausgebildet. Das Maschinenelement ist bevorzugt durch eine Welle oder durch einen Flansch gebildet. Die Welle bzw. der Flansch können für Belastungen durch unterschiedliche Kräfte und Momente ausgelegt sein. Das Maschinenelement weist bevorzugt einen Hohlraum auf, durch welchen die Achse zumindest abschnittsweise verläuft. Folglich umschließt der Hohlraum zumindest einen Abschnitt der Achse. Der Hohlraum erstreckt sich bevorzugt in der Achse. Der Hohlraum ist bevorzugt zylinderförmig ausgebildet, wobei die Zylinderform koaxial zur Achse angeordnet ist. Das Maschinenelement kann beispielsweise durch eine Hohlwelle gebildet sein.
Der eine bzw. die mehreren Magnetfeldsensoren sind bevorzugt in dem Hohl- räum des Maschinenelementes angeordnet. Der eine bzw. die mehreren Magnetfeldsensoren sind alternativ bevorzugt außerhalb des Hohlraumes angeordnet.
Der eine bzw. die mehreren Magnetfeldsensoren sind bevorzugt durch Hall- Sensoren, Spulen oder Fluxgate-Magnetometer gebildet. Grundsätzlich können auch andere Sensortypen verwendet werden, insofern sie zur Messung der durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Felder geeignet sind. Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 : ein Maschinenelement einer bevorzugten Ausführungsform der er- findungsgemäßen Anordnung in einer Querschnittsansicht; einen Magnetisierungspfad einer erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 3: einen Magnetisierungspfad einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 4: einen Magnetisierungspfad einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 5: einen Magnetisierungspfad einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 6: einen Magnetisierungspfad einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 7: einen Magnetisierungspfad einer fünften bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 8: Magnetisierungspfade einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 9: Magnetisierungspfade einer siebten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 10: Magnetisierungspfade einer achten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 1 1 : Magnetisierungspfade einer neunten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 12: einen der in Fig. 8 gezeigten Magnetisierungspfade in einer weiteren Ansicht; und
Fig. 13: einen der in Fig. 8 gezeigten Magnetisierungspfade in einer weiteren Ansicht.
Fig. 1 zeigt ein Maschinenelement einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Querschnittsansicht. Bei diesem Maschinenelement handelt es sich um eine Hohlwelle aus einem magnetostriktiven Material. Die Hohlwelle kann verschiedenen Kräften und Momenten ausgesetzt sein, welche mithilfe der erfindungsgemäßen Anordnung zu messen sind. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst weiterhin einen Magnetfeldsensor (nicht gezeigt), der beanstandet zur Hohlwelle in der Nähe der Hohlwelle angeordnet ist.
Die Hohlwelle ist partiell durch eine Permanentmagnetisierung magnetisiert. Die Permanentmagnetisierung ist entlang eines Magnetisierungspfades 01 (gezeigt in Fig. 2 bis Fig. 13) ausgebildet.
In Fig. 1 ist ein Winkel ß veranschaulicht. Fig. 2 bis Fig. 13 enthalten Darstellungen der Hohlwelle mit Bezug auf den Winkel ß. Fig. 2 bis Fig. 1 1 zeigen eine zylindermantelförmige Oberfläche 02 verschiedener Ausführungsformen der Hohlwelle, wobei die zylindermantelförmige Oberfläche 02 jeweils über ein Abrollen der Hohlwelle über den Winkel ß dargestellt ist. Dementsprechend ist die zylindermantelförmige Oberfläche 02 der Hohlwelle jeweils als ein Rechteck dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen Magnetisierungspfad 01 einer erfindungsgemäßen Anord- nung. Der Magnetisierungspfad verläuft auf einer zylindermantelförmigen Oberfläche 02 der Hohlwelle. Der Magnetisierungspfad 01 ist geschlossen und weist bei der gezeigten allgemeinen Ausführungsform eine unregelmäßige Form auf. Da der Magnetisierungspfad 01 auf der zylindermantelförmigen Oberfläche 02 der Hohlwelle angeordnet ist und geschlossen ist, weist er entlang seines Ver- laufes unterschiedliche Ausrichtungen gegenüber einer Achse der Hohlwelle auf.
Fig. 3 zeigt einen Magnetisierungspfad 01 einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. In der abgerollten Darstellung weist der Magnetisierungspfad die Form eines Quadrates auf. Das Quadrat ist gegenüber der Achse der Hohlwelle um 45° geneigt. Dieser Neigungswinkel α kann aber auch andere Größen aufweisen. Die Kantenlängen a und b können auch unterschiedlich groß sein, sodass der Magnetisierungspfad in der abgerollten Darstellung die Form eines Rechteckes aufweist.
Fig. 4 zeigt einen Magnetisierungspfad 01 einer zweiten bevorzugten Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. In der abgerollten Darstellung weist der Magnetisierungspfad die Form eines Quadrates auf. Das Quadrat ist parallel zur Achse der Hohlwelle ausgerichtet. Das Quadrat kann aber auch um einen Neigungswinkel α gegenüber der Achse geneigt sein. Die Kantenlängen a und b können auch unterschiedlich groß sein, sodass der Magnetisierungs- pfad 01 in der abgerollten Darstellung die Form eines Rechteckes aufweist.
Fig. 5 zeigt einen Magnetisierungspfad 01 einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. In der abgerollten Darstellung weist der Magnetisierungspfad 01 die Form eines Kreises auf. Die Magnetisie- rung kann auch unterschiedlich orientiert sein.
Fig. 6 zeigt einen Magnetisierungspfad 01 einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. In der abgerollten Darstellung weist der Magnetisierungspfad 01 die Form eines superellipsenartigen Ovals auf. Die Magnetisierung kann auch unterschiedlich orientiert sein. Die Radien Π und r2 können unterschiedlich groß sein und sind variabel. Die Kantenlänge b ist ebenfalls variabel.
Fig. 7 zeigt einen Magnetisierungspfad 01 einer fünften bevorzugten Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. In der abgerollten Darstellung weist der Magnetisierungspfad 01 die Form eines superellipsenartigen Ovals auf. Die Magnetisierung kann unterschiedlich orientiert sein. Die Radien n und r2 können unterschiedlich groß sein und sind variabel. Die Kantenlänge a ist ebenfalls variabel.
Fig. 8 bis Fig. 13 zeigen Magnetisierungspfade 01 bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei die Magnetisierungspfade 01 nicht vollständig auf der zylindermantelförmigen Oberfläche 02 der Hohlwel- le angeordnet sind. Daher zeigen die Fig. 8 bis Fig. 1 1 jeweils nur einen Teil des jeweiligen Magnetisierungspfades 01 , nämlich denjenigen Teil, der auf der zylindermantelförmigen Oberfläche 02 der Hohlwelle angeordnet ist. Dieser Teil weist bei den gezeigten Ausführungsformen in der abgerollten Darstellung jeweils die Form einer geraden Strecke auf.
Die in den Fig. 8 bis Fig. 13 gezeigten Ausführungsformen weisen jeweils zwei der Permanentmagnetisierungen auf, wobei die beiden Permanentmagnetisierungen symbolisch für mehrere Permanentmagnetisierungen stehen.
Die Magnetisierungspfade 01 der in den Fig. 8 bis Fig. 13 gezeigten Ausführungsformen liegen jeweils in einer Ebene und weisen die Form eines superellipsenartigen Ovals auf. Die Ovale sind schmal ausgebildet, sodass sie jeweils zwei Längsseiten aufweisen. Eine der beiden Längsseiten verläuft jeweils auf der Oberfläche 02 der Hohlwelle. Die andere der beiden Längsseiten verläuft jeweils unter der an der Oberfläche 02 befindlichen Längsseite im Inneren des Materials der Hohlwelle versetzt in Richtung der Achse der Hohlwelle. Folglich liegt ein Lot vom Mittelpunkt des jeweiligen superellipsenartigen Ovals auf die Achse der Hohlwelle in der Ebene des jeweiligen superellipsenartigen Ovals.
Fig. 8 zeigt zwei der Magnetisierungspfade 01 einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Bei dieser Ausführungsform sind die die Magnetisierungspfade 01 bzw. die superellipsenartigen Ovale umfassenden Ebenen jeweils in einem Winkel α gegenüber der Achse (nicht gezeigt) der Hohlwelle geneigt. Der Winkel α ist variabel. Die Kantenlängen a und b der Längsseiten sind ebenfalls variabel.
Fig. 9 zeigt zwei der Magnetisierungspfade 01 einer siebten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Bei dieser Ausführungsform sind die die Magnetisierungspfade 01 bzw. die superellipsenartigen Ovale umfassenden Ebenen jeweils in einem Winkel α gegenüber der Achse (nicht gezeigt) der Hohlwelle geneigt. Der Winkel α ist variabel. Die Kantenlängen a und b der Längsseiten sind ebenfalls variabel. Fig. 10 zeigt zwei der Magnetisierungspfade 01 einer achten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Bei dieser Ausführungsform sind die die Magnetisierungspfade 01 bzw. die superellipsenartigen Ovale um- fassenden Ebenen jeweils senkrecht gegenüber der Achse (nicht gezeigt) der Hohlwelle angeordnet. Die Kantenlängen a und b der Längsseiten sind variabel.
Fig. 1 1 zeigt zwei der Magnetisierungspfade 01 einer neunten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Bei dieser Ausführungsform umfassen die die Magnetisierungspfade 01 bzw. die superellipsenartigen Ovale umfassenden Ebenen jeweils auch die Achse (nicht gezeigt) der Hohlwelle. Die Kantenlängen a und b der Längsseiten sind variabel. Fig. 12 zeigt einen der in Fig. 8 gezeigten Magnetisierungspfade 01 in einer weiteren Ansicht. Die Ebene dieser Ansicht umfasst die Achse (nicht gezeigt) der Hohlwelle, sodass die Hohlwelle und deren zylindermantelförmige Oberfläche 02 geschnitten sind. In dieser Ansicht sind die beiden Längsseiten des superellipsenartigen Ovals des Magnetisierungspfades 01 gezeigt. Die unter- halb der zylindermantelförmigen Oberfläche 02 verlaufende Längsseite kann in unterschiedlichen Tiefen im Inneren des Materials der Hohlwelle angeordnet sein.
Fig. 13 zeigt einen der in Fig. 8 gezeigten Magnetisierungspfade 01 in einer weiteren Ansicht. Die Ebene dieser Ansicht ist senkrecht zur Achse (nicht gezeigt) der Hohlwelle angeordnet, sodass die Hohlwelle und deren zylindermantelförmige Oberfläche 02 geschnitten sind. In dieser Ansicht sind wiederum die beiden Längsseiten des superellipsenartigen Ovals des Magnetisierungspfades 01 gezeigt. Die unterhalb der zylindermantelförmigen Oberfläche 02 ver- laufende Längsseite kann in unterschiedlichen Tiefen im Inneren des Materials der Hohlwelle angeordnet sein. Bezugszeichenliste - Magnetisierungspfad
- zylindermantelförmige Oberfläche

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement, wobei das Maschi- nenelement eine Permanentmagnetisierung aufweist, die sich entlang eines geschlossenen Magnetisierungspfades (01 ) erstreckt, wobei die Anordnung weiterhin mindestens einen Magnetfeldsensor umfasst, welcher zur Messung zumindest einer Komponente eines durch die Permanentmagnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirk- ten Magnetfeldes ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausrichtung der Permanentmagnetisierung gegenüber der Achse entlang des Magnetisierungspfades (01 ) ändert.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetisierung in einem durch die Kraft und/oder durch das Moment unbelasteten Zustand des Maschinenelementes außerhalb des Maschinenelementes magnetisch neutral ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetisierung durch einen magnetisierten dreidimensionalen Teilbereich des Maschinenelementes gebildet ist, welcher die Form eines geschlossenen Seiles aufweist, wobei der Magnetisierungspfad (01 ) eine mittlere Achse des Seiles darstellt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetisierungspfad (01 ) durch eine im Raum geschlossene dreidimensionale Kurve gebildet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetisierungspfad (01 ) die Form eines Parallelogramms oder einer Superellipse aufweist, wobei das Parallelogramm oder die Superel- lipse auf die Oberfläche (02) des Maschinenelementes projiziert ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Seiten des Parallelogramms oder die Achsen der Superellipse gegenüber der Achse des Maschinenelementes geneigt sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetisierungspfad (01 ) in einer Ebene verläuft, wobei ein Lot von einem Mittelpunkt einer vom Magnetisierungspfad (01 ) aufgespannten Fläche auf die Achse in der Ebene liegt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetisierungspfad (01 ) zwei Längsseiten aufweist, wobei eine der beiden Längsseiten auf der Oberfläche (02) des Maschinenelementes verläuft und wobei die andere der beiden Längsseiten unterhalb der Oberfläche (02) des Maschinenelementes verläuft.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenelement mehrere der Permanentmagnetisierungen aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Permanentmagnetisierungen gleich ausgebildet sind und in gleicher Weise gegenüber der Achse des Maschinenelementes ausgerichtet sind.
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