WO2022156992A1 - Drehmomentsensor - Google Patents

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WO2022156992A1
WO2022156992A1 PCT/EP2021/087494 EP2021087494W WO2022156992A1 WO 2022156992 A1 WO2022156992 A1 WO 2022156992A1 EP 2021087494 W EP2021087494 W EP 2021087494W WO 2022156992 A1 WO2022156992 A1 WO 2022156992A1
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WO
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glass ribbon
torque
magnetic field
sensor
torque sensor
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Application number
PCT/EP2021/087494
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shu Wei GOH
Anh Chien Nguyen
Tjalf Pirk
Vemulamada PARDHASARADHI
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN202180091363.9A priority Critical patent/CN116868037A/zh
Publication of WO2022156992A1 publication Critical patent/WO2022156992A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01L3/103—Details about the magnetic material used

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a torque sensor, a converter device for a torque sensor, a torque sensor and a method for operating a torque sensor.
  • Measuring a torque acting on a rotational component is relevant in many technical fields, for example in the field of engines, motor vehicle engines, shipping, electrical devices, and so on.
  • Methods for measuring a torque are known, in which at least one parameter is quantified in order to determine the torque on the basis of a correlation between the torque and the parameter.
  • P T*co.
  • Magnetostatic torque sensors are known from the prior art, in which a change in a magnetic permeability of a ferrous magnetic material of the torque sensor is utilized.
  • Other known torque sensors are based, for example, on electrical, optical, piezoelectric and inductive effects.
  • torque wrenches with a display and digital torque meters are known for measuring torque in power tools or manual tools or hand tools or adapters or attachments for such tools.
  • Torque sensors are often used, which react to tension in the rotational component. This is possibly due to the ease of collecting data in the form of current, voltage and resistance values and converting them to torque values via a simple correlation.
  • the use of other parameters is limited by the difficulty in obtaining a reliable data stream and a good relationship between the measured signals and the final torque values. This applies in particular when a torque sensor is based, for example, on a magnetoelastic effect (magnetostriction).
  • a remanent magnetization is effected by means of a stress-induced magnetic anisotropy in order to generate a measurable magnetic flux.
  • the effected magnetic anisotropy depends greatly on an efficiency of transmission of the torque stress to a so-called "polarized band" of the rotation component.
  • amorphous alloys also known as metallic glasses. It was originally assumed that ferromagnetism could not exist in amorphous solids due to the lack of long-range atomic order. However, by optimizing an element composition in the alloys, it has been shown that soft magnetic properties can be achieved. Since amorphous alloys can also be produced in the form of a thin ribbon, it is easier and more economical to produce, for example, a transformer core of different sizes and shapes.
  • excitation and sensing coils should be avoided in a torque sensor as they must be located close to magnetoelastic elements and wiring to an external power source and to the measurement circuits. This leads, for example, to limitations in tool operation and the construction of sensor components.
  • the use of magnetoelastic elements and coils should be on an outer surface of the rotary component. An integration of these elements in a bore or a cavity of the rotating component, for example a torque shaft or a spindle, restricts the application in practical use, in particular for power tools. A more flexible method of integrating a magnetoelastic material into the rotary component is also required, for example to allow easy adaptation to aftermarket tools and equipment.
  • Magnetoelastic response performance and sensitivity to applied torque need to be improved to allow measurement of a wide torque range, higher resolution, and a enable better dynamics. This would also allow a short-term prediction of an expected torque from analytical models, from statistical models or using neural networks.
  • An object of the present invention is to specify an improved method for manufacturing a torque sensor, to provide an improved converter device for a torque sensor and an improved torque sensor, and to specify an improved method for operating a torque sensor.
  • This object is achieved by a method for producing a torque sensor, a converter device for a torque sensor, a torque sensor and a method for operating a torque sensor with the features of the respective independent claims.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims.
  • a method for producing a torque sensor includes the following method steps.
  • An amorphous metallic glass ribbon is provided.
  • the glass ribbon is thermally treated.
  • the thermally treated glass ribbon is magnetized.
  • the magnetized glass ribbon is attached to a rotary component.
  • the thermal treatment of the glass ribbon induces a nanocrystalline structure in the initially amorphous glass ribbon.
  • the nanocrystalline structure advantageously brings about a high magnetostrictive coefficient, as a result of which the inverse magnetostriction can be utilized more efficiently.
  • adjusting the responsiveness of the torque sensor is also possible by varying an amount of the material of the glass ribbon.
  • An efficiency of a magnetostrictive effect can be modified, for example, by varying a thickness of the glass ribbon or a number of the glass ribbons.
  • a cover is placed over a surface of the glass ribbon.
  • the cover has a magnetic field sensor designed to detect a magnetic field of the glass ribbon.
  • the glass ribbon is arranged over a carrier in an additional method step. The glass ribbon is advantageously mechanically stabilized as a result.
  • the thermal treatment of the glass ribbon takes place at a temperature between a Curie temperature and a crystallization temperature of the glass ribbon.
  • the nanocrystalline structure in the glass ribbon can be produced particularly reliably as a result.
  • the glass ribbon is formed before the glass ribbon is magnetized.
  • the glass ribbon can be shaped in such a way that it can be placed entirely within a magnetic field.
  • the glass ribbon can conveniently be shaped in such a way that it can be attached to the rotating component.
  • the glass ribbon can be shaped as a hollow cylinder in order to be slipped onto a spindle, for example.
  • the cover is arranged in such a way that the magnetic field sensor is at a distance from the glass ribbon.
  • the method takes place at least partially in a roll-to-roll process. This advantageously allows a large number of torque sensors to be manufactured in a short time.
  • a transducer device for a torque sensor has a rotary component and a metallic glass ribbon attached to the rotary component.
  • the glass ribbon has a nanocrystalline structure and magnetization.
  • the converter device can also be referred to as a transducer.
  • the converter device enables a change in a magnetic flux of a magnetic field generated by an emission through the pre-magnetized glass ribbon to be detected without having to use an excitation coil. This effectively allows full freedom to attach the converter device to any moving/torque bearing element without restrictions or limitations due to powered circuitry, electrical components or wires. This allows for a cost-effective and easy tooling and product line upgrades.
  • a torque sensor has a transducer device and a cover mounted over the transducer device with a magnetic field sensor.
  • the magnetic field sensor is designed to detect a magnetic field of the glass ribbon.
  • the converter device and the magnetic field sensor can be designed and developed independently of one another. This allows the converter device to be developed as a separate component (as an add-on accessory) or as an integrated component in a larger device.
  • a method for operating a torque sensor includes the following method steps.
  • a torque applied to the converter device is generated.
  • a magnetic field of the glass ribbon is measured using the magnetic field sensor.
  • a torque is determined based on a predetermined relationship between magnetic field and torque.
  • the method proposes that inverse magnetostriction (also known as the Villari effect) can be used as a modality for torque measurement.
  • the method represents a simplification of the mechanism for detecting changes in the magnetic field affected by torque loading.
  • Correlating measured torque data as an indication of, for example, engine operation and a condition of a tool allows for significantly more accurate control of the corresponding torque application.
  • a short-term forecast makes it possible to compensate for response time delays of electrical and mechanical components in a system.
  • torque sensor or the method for operating the torque sensor is that wireless torque sensor solutions can be implemented. These include, for example, IoT functions, real-time torque monitoring, control of the applied torque and easy adaptation to power tools in operation. Advantageously, a large torque range with high accuracy are mapped. This can be realized, for example, by various retrofit converter devices that can be connected to existing tools.
  • the torque sensor can easily be used in many use cases and domains due to its easy customization and application. This includes, for example, all power tools with rotating, oscillating or impacting parts and fastening applications in which the torque is often decisive for the safety and reliability of a fastening.
  • An enlarged production line could produce inexpensive fasteners each equipped with a magnetic transducer device as described herein. This includes in particular fastening in building construction, in the automotive sector (wheels, drives, chassis and other elements), assembly and manufacture. Other possible application examples are door and window hinges and weight elements.
  • 5 and 6 are diagrams for explaining a method of operating the torque sensor.
  • FIG. 1 schematically shows method steps 1, 2 of a method for producing a torque sensor.
  • an amorphous and metallic glass ribbon 10 is provided.
  • the glass ribbon can, for example, have FeysB Sig or another amorphous metallic material.
  • the provision of the amorphous metallic glass ribbon 1 can include cutting the glass ribbon 1 to the desired dimensions, which can initially be present rolled up, for example.
  • the amorphous and metallic glass ribbon 10 is thermally treated. The thermal treatment is carried out in such a way that the initially amorphous glass ribbon 10 has a nanocrystalline structure after the thermal treatment.
  • a nanocrystalline structure is intended to mean a polycrystalline structure whose average grain size is in the submicron range.
  • the nanocrystalline structure induced by the thermal treatment offers the advantage that the glass ribbon 10 has a high magnetostrictive coefficient, as a result of which the inverse magnetostriction can be utilized more efficiently.
  • Tc Curie temperature
  • Tx crystallization temperature
  • a heat treatment scheme can be designed to induce a nanocrystalline crystal structure.
  • the thermal treatment of the glass ribbon 1 can take place at a temperature between the Curie temperature and the crystallization temperature of the glass ribbon 1 .
  • the values for Tc and Tx are 410 °C and 535 °C, respectively.
  • Amorphous glass ribbons or metallic glass materials only show soft ferromagnetism due to a missing Crystal II structure and thus also missing magnetic dipoles.
  • a general observation is that a tempered amorphous glass ribbon 10 is brittle below Tc and breaks easily even under a weak tensile stress, which also indicates a loss of magnetoelasticity of the glass ribbon 1 .
  • the thermal treatment can be carried out at 525° C. for two hours. It is expedient here for the thermal treatment to take place in an inert environment, for example in a dry nitrogen environment. Controlling an annealing environment to reduce oxidants (e.g., oxygen, moisture) is necessary to prevent the glass ribbon 1 from being oxidized at high temperature.
  • oxidants e.g., oxygen, moisture
  • the glass ribbon 10 After the thermal treatment, the glass ribbon 10 is brittle. For this reason, it makes sense to cut the glass ribbon 10 to size before the thermal treatment.
  • the glass ribbon 10 can be arranged over a carrier before the thermal treatment. This stabilizes the glass ribbon 10 .
  • a material of the carrier should be chosen in such a way that it is robust to the thermal treatment.
  • the tempered and often brittle glass ribbon 10 can be transferred to at least one adhesive layer that stabilizes the glass ribbon 10 .
  • a third method step 3 the thermally treated glass ribbon is magnetized.
  • Fig. 2 shows an exemplary sequence of the third method step 3.
  • a strong permanent magnet or an electromagnet 11 can be used to magnetize the glass ribbon 10 .
  • 2 shows, by way of example, that a dipole electromagnet system 11 is used, which is operated with direct current in order to impart permanent magnetization to the tempered glass ribbon 10 .
  • an external magnetic field 12 with a strength of up to 0.3 T can be used to magnetize the glass ribbon 10 .
  • a distance between two poles 13 of the electromagnet 11 can be 25 to 30 mm, for example.
  • the method is not limited to the specified magnetic field 12 or the specified distance.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the method for manufacturing the torque sensor, in which the glass ribbon 10 has been formed before it is magnetized.
  • the glass ribbon 10 was formed into a hollow cylinder purely by way of example. This offers the advantage that the glass ribbon 10 is arranged as completely as possible within an area between the poles 13 in order to be able to be magnetized as completely as possible.
  • the glass ribbon 10 By placing the glass ribbon 10 between the poles 13 in different angular positions relative to the electromagnet 11, the glass ribbon 10 can be magnetized along different directions. 2 shows three magnetization schemes, namely vertical, horizontal and angled magnetization. A configuration in which a long axis of the glass ribbon 10 is arranged to run parallel to the magnetic field lines of the magnetic field 12 is to be referred to as horizontal magnetization. A configuration in which the long axis of the glass ribbon 10 is arranged to run perpendicularly to the magnetic field lines of the magnetic field 12 is to be referred to as vertical magnetization.
  • a magnetic field generated as a result of the magnetization of the glass ribbon 10 may be uniformly distributed along the glass ribbon 10 with a strength of, for example, more than 10G.
  • the magnetization may vary locally.
  • areas with magnetic field strengths of more than 10G and areas with magnetic field strengths in the range of 0G can be generated along the long axis of the glass ribbon 10, for example.
  • the angled magnetization is a combination of horizontal and vertical magnetization.
  • An orientation of the magnetization within the glass ribbon 10 can be tailored to an end application of the glass ribbon to achieve optimal performance, taking into account requirements of an application. Likewise, other methods can be used to induce the optimal magnetization into the ribbon.
  • FIG. 3 shows a fourth method step 4 of the method, in the course of which the magnetized glass ribbon 10 is attached to a rotary component 14 .
  • the magnetized glass ribbon 10 and the rotating component 14 form a transducer device 15 of the torque sensor.
  • the glass strip 10 is slipped onto the rotary component 14 .
  • the rotary component 14 can be designed, for example, as a shaft, for example the shaft of a motor, as a spindle or, for example, as part of an electric tool or alternatively as an attachment for an electric tool.
  • a size of the glass ribbon 10 should be approximately matched to a size of the rotating component 14 .
  • an inner diameter of the glass ribbon 10 should be approximately as large as an outer diameter of the rotary component 14.
  • An adhesive can be used to attach the glass ribbon 10, which is not shown in FIG.
  • the adhesive can include cyanoacrylate or an epoxide, for example. However, it can be any adhesive.
  • the adhesive can be applied directly to the glass sheet 10, with the glass sheet 10 being able to be cleaned beforehand. Then the glass ribbon 10 is attached with the applied adhesive to the rotary component 14 , which may also have been previously cleaned, in order to form the converter device 15 .
  • the use of a suitable adhesive has the advantage of easy attachment and is characterized by high strength, high Durability and “torque fidelity” over the entire area of the adhesive, whereby magnetostrictive effects can be brought about in the glass ribbon 10 in a homogeneous manner.
  • a thickness and distribution of the adhesive between the glass ribbon 10 and the rotating component 14 are critical to a consistent measurement of torque acting on the rotating component 14 when a force is to be transmitted from the rotating component 14 to the glass ribbon 10 through the adhesive.
  • a cover 16 is arranged over a surface 17 of the glass ribbon 10 .
  • the cover 16 has a magnetic field sensor 18 designed to detect a magnetic field of the glass ribbon 10 . This completes the torque sensor 19.
  • a printed circuit board with the integrated magnetic field sensor 18 can be used as the cover 16, for example.
  • the cover 16 can expediently be arranged in such a way that the magnetic field sensor 18 is at a distance from the glass strip 10 .
  • the magnetic field sensor 18 can be based on various phenomena, e.g. B. the Hall effect or a magnetoresistance, such as an anisotropic magnetoresistance (AMR), a giant magnetoresistance (GMR) or a tunnel resistance (Tunnel magnetoresistance, TMR).
  • GMR sensors offer the advantage that they can be arranged without mechanical contact with the glass strip 10.
  • the components required for operation of the torque sensor also include a battery or other (temporary) power source and a microcontroller for addressing and reading the magnetic field sensor 18 and the circuit board.
  • the cover 16 can also include, for example, a position sensor 20, an acceleration sensor 21 or another sensor.
  • FIG. 4 shows, by way of example, that the torque sensor 19 is attached to an attachment 23 for an electric tool, although this is not absolutely necessary.
  • the fifth method step 5 is only optional.
  • FIGS. 5 and 6 show diagrams for explaining a method for operating the torque sensor 19 according to FIG. 4.
  • a torque applied to the converter device 15 is generated. This is done by causing the rotary component 14 to rotate, for example by operating a power tool.
  • the rotation of the rotary component 14 leads to a mechanical stress on the glass ribbon 10. This leads to a change in a magnetic field emitted by the glass ribbon 10 due to the reverse magnetostriction effect.
  • FIG. 5 shows a measured magnetic field strength 24 in Oe plotted against a period of time.
  • the torque was then gradually increased.
  • FIG. 5 shows five torques 25 in Nm selected as examples, which can act, for example, when tightening a nut using an electric tool. It can be seen that the magnetic field strength 24 itself undergoes a change with a change in torque. The magnetic field strength 24 tends to decrease as the torque 25 increases, with the change being dependent on the material and the volume of the material. A larger volume of the glass ribbon 10 ensures, for example, a greater reduction in the magnetic field strength 24.
  • a torque is determined on the basis of a predetermined relationship between magnetic field strength 24 and torque 25 .
  • FIG. 6 shows a change 26 in the magnetic field strength 24 as a function of the applied torque 25 according to the course of the magnetic field strength 24 in FIG. 5.
  • a linear relationship 27 between the magnetic field strength 24 and the torque 25 enables the applied torque to be estimated.
  • the glass ribbon 10 can advantageously be magnetized in such a way that it suppresses interference and stray fields.
  • the torque sensor 19 is most sensitive to magnetization parallel to a GM R detection surface, which means that the influence of interference fields on a torque measurement can be reduced, particularly if the glass ribbon 10 is correspondingly magnetized.
  • a signal-to-noise ratio of the torque sensor 19 can thereby be improved. This allows others Measures to improve the signal-to-noise ratio are omitted.
  • dynamic changes in an external magnetic field configuration can be measured and taken into account by including additional magnetic field sensors 18 outside a sphere of influence of the transducer device 15 .

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentsensors (19) umfasst folgende Verfahrensschritte. Es wird ein amorphes metallisches Glasband (10) bereitgestellt. Das Glasband (10) wird thermisch behandelt. Das thermisch behandelte Glasband (10) wird magnetisiert. Das magnetisierte Glasband (10) wird an einer Rotationskomponente (14) befestigt.

Description

Beschreibung
Drehmomentsensor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentsensors, eine Wandlervorrichtung für einen Drehmomentsensor, einen Drehmomentsensor und ein Verfahren zum Betreiben eines Drehmomentsensors.
Das Messen eines an einer Rotationskomponente wirkenden Drehmoments ist in vielen technischen Bereichen, beispielsweise im Bereich von Motoren, von Kraftfahrzeugmotoren, der Schifffahrt, von elektrischen Geräten usw. relevant. Es sind Verfahren zum Messen eines Drehmoments bekannt, bei denen zumindest ein Parameter quantifiziert wird, um das Drehmoment auf Basis einer Korrelation zwischen dem Drehmoment und dem Parameter zu ermitteln. Ein Betrag des Drehmoments ist gegeben durch T = F*r*sine, wobei T das Drehmoment, F eine wirkende Kraft, r ein Betrag eines Ortsvektors von einem Bezugspunkt des Drehmoments zu einem Angriffspunkt der Kraft F und 0 ein Winkel zwischen der Kraft F und dem Ortsvektor r sind. Ferner gilt für eine von der Rotationskomponente übertragene Leistung P = T * co. Hierbei ist co eine Winkelgeschwindigkeit der Rotationskomponente mit co = 27tn, wobei n eine Drehzahl ist, sodass für das Drehmoment T = P/27tn gilt.
Praktisch ergeben sich beim Ermitteln eines Drehmoments anhand der Leistung die Schwierigkeiten, dass das Drehmoment beispielsweise durch einen Leistungsverlust durch Reibung oder durch einen Fehler in einem Design der Rotationskomponente überschätzt werden kann. Außerdem kann es sein, dass ein Drehmoment wirkt, obwohl sich die Rotationskomponente nicht in Rotation befindet.
Aus dem Stand der Technik sind magnetostatische Drehmomentsensoren bekannt, bei denen eine Änderung einer magnetischen Permeabilität eines ferro- magnetischen Materials des Drehmomentsensors ausgenutzt wird. Andere bekannten Drehmomentsensoren basieren beispielsweise auf elektrischen, optischen, piezoelektrischen und induktiven Effekten.
Für eine Drehmomentmessung in Elektrowerkzeugen oder manuellen Werkzeugen bzw. Handwerkzeugen oder Adaptern bzw. Aufsätzen für solche Werkzeuge sind beispielsweise Drehmomentschlüssel mit einem Anzeigedisplay und digitale Drehmomentmesser bekannt. Häufig werden Drehmomentsensoren verwendet, die auf Verspannungen in der Rotationskomponente reagieren. Dies ist möglicherweise auf die einfache Erfassung von Daten in Form von Strom-, Spannungsund Widerstandswerten und die Umwandlung in Drehmomentwerte über eine einfache Korrelation zurückzuführen. Die Verwendung anderer Parameter ist durch die Schwierigkeit begrenzt, einen zuverlässigen Datenstrom und eine gute Beziehung zwischen den gemessenen Signalen und den endgültigen Drehmomentwerten zu erhalten. Dies gilt insbesondere, wenn ein Drehmomentsensor beispielsweise auf einem magnetoelastischen Effekt (Magnetostriktion) beruht.
Es sind verschiedene Verfahren zur Drehmomentmessung bekannt, bei denen magnetoelastische Effekte ausgenutzt werden. Beim sogenannten Villari-Effekt (inverse Magnetostriktion) führt die angelegte Drehmomentbelastung zu einer Änderung der Magnetisierung. Bei einer permeabilitätsbasierten Variante (PB Typ I) wird die Tatsache ausgenutzt, dass infolge eines wirkenden Drehmoments erzeugte Verspannungen in einem magnetischen Material eine magnetische Anisotropie bewirken, die zu einer Änderung einer Permeabilität führt, wodurch eine Durchlässigkeit eines magnetischen Flusses beeinflusst wird. Hierbei sind eine Magnetisierungsquelle und eine Sensorspule erforderlich. Bei der PB Typ I Variante ist die relevante Permeabilitätsänderung auf eine Oberfläche der Rotationskomponente beschränkt. Die zur Realisierung dieser Änderung erforderliche Magnetisierung kann jedoch tendenziell auch durch die Oberfläche in Richtung des Inneren der Rotationskomponente dringen. Infolgedessen ist es möglich, dass die Durchlässigkeit eher von dem stark magnetisierten Inneren dominiert wird, was zu einer Abschwächung der Änderung eines durch die Sensorspule erfassten Magnetfelds führt. Bei einer weiteren Variante (“Polarized Band”, PB Typ II) wird mittels einer spannungsinduzierten magnetische Anisotropie eine remanente Magnetisierung bewirkt, um einen messbaren magnetischen Fluss zu erzeugen. Hierbei hängt die bewirkte magnetische Anisotropie stark von einer Wirksamkeit einer Übertragung der Drehmomentspannung auf ein sogenanntes "polarisiertes Band" der Rotationskomponente ab.
Die Entwicklung auf diesem Gebiet (insbesondere für die PB Typ II Variante) wurde durch das fortgeschrittene Verständnis und die Herstellung von amorphen Legierungen, die auch als metallische Gläser bekannt sind, weiter unterstützt. Es wurde ursprünglich angenommen, dass Ferromagnetismus in amorphen Festkörpern aufgrund der fehlenden atomaren Fernordnung nicht existieren könnte. Durch Optimierung einer Elementzusammensetzung in den Legierungen wurde jedoch gezeigt, dass weichmagnetische Eigenschaften erzielt werden können. Da amorphe Legierungen auch in Form eines dünnen Bandes hergestellt werden können, ist es einfacher und wirtschaftlicher, beispielsweise einen Transformatorkern unterschiedlicher Größe und Form herzustellen.
Die Verwendung von Erregungs- und Messspulen sollte bei einem Drehmomentsensor vermieden werden, da diese in der Nähe von magnetoeleastischen Elementen und einer Verkabelung zu einer externen Stromquelle und zu den Messkreisen angeordnet werden müssen. Dies führt beispielsweise zu Einschränkungen bei der Werkzeugbedienung und der Konstruktion von Sensorkomponenten. Die Verwendung magnetoelastischer Elemente und Spulen sollte an einer Außenfläche der Rotationskomponente erfolgen. Eine Integration dieser Elemente in eine Bohrung oder einen Hohlraum der Rotationskomponente, beispielsweise einer Drehmomentwelle oder einer Spindel, schränkt die Anwendung im praktischen Einsatz insbesondere für Elektrowerkzeuge ein. Eine flexiblere Methode zur Integration eines magnetoelastischen Materials in die Rotationskomponente ist ebenfalls erforderlich, um beispielsweise eine einfache Anpassung an Werkzeuge und Geräte für den Ersatzteilmarkt zu ermöglichen.
Die Leistung des magnetoelastischen Ansprechverhaltens und die Empfindlichkeit gegenüber dem angelegten Drehmoment müssen verbessert werden, um die Messung eines großen Drehmomentbereichs, einer höheren Auflösung und einer besseren Dynamik zu ermöglichen. Dies würde ferner eine kurzfristige Vorhersage eines erwarteten Drehmoments aus analytischen Modellen, aus statistischen Modellen oder mittels neuronalen Netzen ermöglichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentsensors anzugeben, eine verbesserte Wandlervorrichtung für einen Drehmomentsensor und einen verbesserten Drehmomentsensor bereitzustellen und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Drehmomentsensors anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentsensors, eine Wandlervorrichtung für einen Drehmomentsensor, einen Drehmomentsensor und ein Verfahren zum Betreiben eines Drehmomentsensors mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentsensors umfasst folgende Verfahrensschritte. Es wird ein amorphes metallisches Glasband bereitgestellt. Das Glasband wird thermisch behandelt. Das thermisch behandelte Glasband wird magnetisiert. Das magnetisierte Glasband wird an einer Rotationskomponente befestigt.
Das thermische Behandeln des Glasbandes induziert eine nanokristalline Struktur im zunächst amorphen Glasband. Die nanokristalline Struktur bewirkt vorteilhafterweise einen hohen magnetostriktiven Koeffizienten, wodurch sich die inverse Magnetostrik- tion effizienter ausnutzen lässt. Vorteilhafterweise ist auch ein Anpassen der Reaktionsfähigkeit des Drehmomentsensors durch Variieren einer Menge des Materials des Glasbandes möglich. Eine Effizienz eines magnetostriktiven Effekts kann beispielsweise durch eine Variation einer Dicke des Glasbandes oder einer Anzahl der Glasbänder, modifiziert werden.
In einer Ausführungsform wird in einem zusätzlichen Verfahrensschritt eine Abdeckung über einer Oberfläche des Glasbandes angeordnet. Die Abdeckung weist einen zum Detektieren eines Magnetfelds des Glasbandes ausgebildeten Magnetfeldsensor auf. ln einer Ausführungsform wird das Glasband in einem zusätzlichen Verfahrensschritt über einem Träger angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Glasband dadurch mechanisch stabilisiert.
In einer Ausführungsform erfolgt die thermische Behandlung des Glasbandes bei einer Temperatur zwischen einer Curie-Temperatur und einer Kristallisationstemperatur des Glasbandes. Vorteilhafterweise kann dadurch die nanokristalline Struktur im Glasband besonders zuverlässig erzeugt werden.
In einer Ausführungsform wird das Glasband geformt bevor das Glasband magnetisiert wird. Vorteilhafterweise kann das Glasband derart geformt werden, dass es vollständig innerhalb eines Magnetfeldes angeordnet werden kann. Das Glasband kann zweckmäßigerweise derart geformt werden, dass es an der Rotationskomponente befestig werden kann. Beispielsweise kann das Glasband hohlzylindrisch geformt werden, um beispielsweise auf eine Spindel aufgesteckt zu werden.
In einer Ausführungsform wird die Abdeckung derart angeordnet, dass der Magnetfeldsensor zum Glasband beabstandet ist. Dadurch ist vorteilhafterweise eine kontaktlose Messung eines Drehmoments mittels des Drehmomentsensors möglich.
In einer Ausführungsform erfolgt das Verfahren zumindest teilweise in einem Rolle-zu- Rolle Prozesses. Dadurch kann vorteilhafterweise eine große Anzahl von Drehmomentsensoren in kurzer Zeit hergestellt werden.
Eine Wandlervorrichtung für einen Drehmomentsensor weist eine Rotationskomponente und ein an der Rotationskomponente befestigtes metallisches Glasband auf. Das Glasband weist eine nanokristalline Struktur und eine Magnetisierung auf. Die Wandlervorrichtung kann auch als Transducer bezeichnet werden. Vorteilhafterweise ermöglicht die Wandlervorrichtung eine Erfassung einer Änderung eines Magnetflusses eines durch eine Emission durch das vormagnetisierte Glasband erzeugten Magnetfeldes, ohne eine Erregerspule verwenden zu müssen. Dies ermöglicht effektiv die volle Freiheit, die Wandlervorrichtung an jedem beweglichen/drehmomenttragenden Element ohne Einschränkungen oder Einschränkungen aufgrund von mit Strom versorgten Schaltkreisen, elektrischen Komponenten oder Drähten zu befestigen. Dies ermöglicht eine kostengünstige und einfache Nachrüstung von Werkzeugen sowie die Nachrüstung von Produktlinien.
Ein Drehmomentsensor weist eine Wandlervorrichtung und eine über der Wandlervorrichtung befestigten Abdeckung mit einem Magnetfeldsensor auf. Der Magnetfeldsensor ist zum Detektieren eines Magnetfelds des Glasbandes ausgebildet. Vorteilhafterweise können die Wandlervorrichtung und der Magnetfeldsensor unabhängig voneinander konzipiert und entwickelt werden. Dadurch können die Wandlervorrichtung als separate Komponente (als Zusatzzubehör) oder als integrierte Komponente in einem größeren Gerät entwickelt werden.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Drehmomentsensors umfasst folgende Verfahrensschritte. Es wird ein an die Wandlervorrichtung anliegendes Drehmoment erzeugt. Es wird ein Magnetfelds des Glasbandes mittels des Magnetfeldsensors gemessen. Ein Drehmoment wird auf Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen Magnetfeld und Drehmoment ermittelt. Bei dem Verfahren wird vorgeschlagen, dass die inverse Mag- netostriktion (auch als Villari-Effekt genannt) als Modalität für eine Drehmomentmessung verwendet werden kann.
Vorteilhafterweise stellt das Verfahren eine Vereinfachung des Mechanismus zum Erfassen von Änderungen des Magnetfelds, die durch Drehmomentbelastung beeinflusst werden, dar. Das Korrelieren von gemessenen Drehmomentdaten als Anzeige für beispielswiese einen Motorbetrieb und einen Zustand eines Werkzeugs ermöglicht eine deutlich genauere Steuerung der entsprechenden Drehmomentanwendung. Eine Kurzzeitvorhersage ermöglicht es vorteilhafterweise, Reaktionszeitverzögerungen von elektrischen und mechanischen Komponenten in einem System zu kompensieren.
Ein weiterer Vorteil des Drehmomentsensors bzw. des Verfahrens zum Betreiben des Drehmomentsensors besteht darin, dass drahtlose Drehmomentsensorlösungen realisiert werden können. Hierzu gehören beispielsweise loT-Funktionen, Echtzeit-Drehmomentüberwachungen, eine Steuerung des aufgebrachten Drehmoments und eine einfache Anpassung an im Betrieb befindliche Elektrowerkzeuge. Vorteilhafterweise kann auch ein großer Drehmomentbereich mit hoher Genauigkeit abgebildet werden. Dies kann z.B. durch verschiedene Nachrüstwandlervorrichtungen, die an vorhandene Werkzeuge angeschlossen werden können, realisiert werden.
Der Drehmomentsensor kann aufgrund der einfachen Anpassung und Anwendung auf einfache Weise in vielen Anwendungsfällen und Domänen verwendet werden. Hierzu gehören beispielsweise alle Elektrowerkzeuge mit rotierenden, oszillierenden oder schlagenden Teilen und Befestigungsanwendungen, bei denen häufig das Drehmoment für eine Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Befestigung entscheidend ist. Eine vergrößerte Produktionslinie könnte kostengünstige Befestigungselemente herstellen, die jeweils mit einer hier beschriebenen magnetischen Wandlervorrichtung ausgestattet sind. Dies umfasst insbesondere die Befestigung im Hochbau, im Automobilbereich (Räder, Antriebe, Fahrgestelle und andere Elemente), Montage und Herstellung. Andere mögliche Anwendungsbeispiele sind Tür- und Fensterscharniere und Gewichtselemente.
Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden klarer und verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 bis 4 Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Drehmomentsensors; und
Fig. 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben des Drehmomentsensors.
Fig. 1 zeigt schematisch Verfahrensschritte 1 , 2 eines Verfahrens zum Herstellen eines Drehmomentsensors.
In einem ersten Verfahrensschritt 1 wird ein amorphes und metallisches Glasband 10 bereitgestellt. Das Glasband kann beispielsweise FeysB Sig oder ein anderes amorphes metallisches Material aufweisen. Das Bereitstellen des amorphen metallischen Glasbandes 1 kann wie in Fig. 1 gezeigt ein Zuschneiden des Glasbandes 1 in gewünschte Maße umfassen, das zunächst beispielsweise aufgerollt vorliegen kann. ln einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird das amorphe und metallische Glasband 10 thermisch behandelt. Die thermische Behandlung erfolgt dabei derart, dass das zunächst amorph vorliegende Glasband 10 im Anschluss an die thermische Behandlung eine nanokristalline Struktur aufweist. Unter einer nanokristallinen Struktur soll eine polykristalline Struktur bezeichnet werden, deren mittlere Korngröße im Submikrometerbereich liegt. Die durch die thermische Behandlung induzierte nanokristalline Struktur bietet den Vorteil, dass das Glasband 10 einen hohen magnetostriktiven Koeffizienten aufweist, wodurch die inverse Magnetostriktion effizienter ausgenutzt werden kann.
Zwei wichtige Temperaturen, die immer mit metallischen Gläsern verbunden sind, sind die Curie-Temperatur (Tc) und die Kristallisationstemperatur (Tx). Basierend auf den Informationen dieser Temperaturen kann ein Wärmebehandlungsschema entworfen werden, um eine nanokristalline Kristallstruktur zu induzieren. Beispielsweise kann die thermische Behandlung des Glasbandes 1 bei einer Temperatur zwischen der Curie- Temperatur und der Kristallisationstemperatur des Glasbandes 1 erfolgen. Für Fe78Bi3Si9 betragen die Werte für Tc und Tx 410 ° C bzw. 535 ° C. Amorphe Glasbänder oder metallische Glasmaterialien weisen aufgrund einer fehlenden Krista II Struktur und dadurch auch fehlenden magnetischen Dipolen lediglich einen weichen Ferromagnetismus auf. Eine allgemeine Beobachtung ist, dass ein getempertes amorphes Glasband 10 unterhalb von Tc spröde ist und selbst unter einer schwachen Zugspannung leicht bricht, was auch auf einen Verlust einer Magnetoelastizität des Glasbandes 1 hinweist.
Um eine gute Bildung von nanokristallinem Material zu erreichen, wird empfohlen, das amorphe Glasband 10 im Bereich der Kristallisationstemperatur Tx thermisch zu behandeln. Beispielsweise kann die thermische Behandlung zwei Stunden lang bei 525 °C erfolgen. Hierbei ist es zweckmäßig, dass die thermische Behandlung in einer inerten Umgebung, beispielsweise in einer trockenen Stickstoffumgebung erfolgt. Die Kontrolle einer Glühumgebung zur Verringerung von Oxidationsmitteln (z. B. Sauerstoff, Feuchtigkeit) ist notwendig, um eine Oxidation des Glasbandes 1 bei hoher Temperatur zu verhindern.
Nach der thermischen Behandlung ist das Glasband 10 spröde. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, das Glasband 10 bereits vor der thermischen Behandlung zuzuschneiden. ln einer in Fig. 1 nicht dargestellten Ausführungsform kann das Glasband 10 vor der thermischen Behandlung über einem Träger angeordnet werden. Dadurch wird das Glasband 10 stabilisiert. Ein Material des Trägers sollte derart gewählt werden, dass es gegenüber der thermischen Behandlung robust ist. In einer weiteren Ausführungsform kann das getemperte und oftmals brüchige Glasband 10 auf zumindest eine Klebeschicht transferiert werden, die das Glasband 10 stabilisiert.
In einem dritten Verfahrensschritt 3 wird das thermisch behandelte Glasband magnetisiert. Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Ablauf des dritten Verfahrensschritts 3.
Zum Magnetisieren des Glasbandes 10 kann ein starker Permanentmagnet oder ein Elektromagnet 11 verwendet werden. Fig. 2 zeigt beispielhaft, dass ein Dipol-Elektro- magnet-System 11 verwendet wird, das mit Gleichstrom betrieben wird, um dem getemperten Glasband 10 eine permanente Magnetisierung zu verleihen. Es kann beispielsweise ein externes Magnetfeld 12 mit einer Stärke von bis zu 0,3 T zum Magnetisieren des Glasbandes 10 werden. Ein Abstand zwischen zwei Polen 13 des Elektromagneten 11 kann beispielsweise 25 bis 30 mm betragen. Das Verfahren ist jedoch nicht auf das angegebene Magnetfeld 12 oder den angegebenen Abstand beschränkt.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Drehmomentsensors bei der das Glasband 10 geformt wurde, bevor es magnetisiert wird. Lediglich beispielhaft wurde das Glasband 10 zu einem Hohlzylinder geformt. Dies bietet den Vorteil, dass das Glasband 10 möglichst vollständig innerhalb eines Bereichs zwischen den Polen 13 angeordnet ist, um möglichst vollständig magnetisiert werden zu können.
Durch Platzieren des Glasbandes 10 zwischen den Polen 13 in verschiedenen Winkelpositionen relativ zum Elektromagneten 11 , kann das Glasband 10 entlang verschiedener Richtungen magnetisiert werden. Beispielhaft zeigt Fig. 2 drei Magnetisierungsschemata, nämlich ein vertikales, ein horizontales und ein gewinkeltes Magnetisieren. Als horizontales Magnetisieren soll eine Konfiguration bezeichnet werden, bei der eine Lange Achse des Glasbandes 10 parallel zu Magnetfeldlinien des Magnetfeldes 12 verlaufend angeordnet ist. Als vertikales Magnetisieren soll eine Konfiguration bezeichnet werden, bei der die Lange Achse des Glasbandes 10 senkrecht zu den Magnetfeldlinien des Magnetfeldes 12 verlaufend angeordnet ist. lm Fall der horizontalen Magnetisierung kann es beispielsweise sein, dass sich ein infolge der Magnetisierung des Glasbandes 10 erzeugtes Magnetfeld gleichmäßig entlang des Glasbandes 10 mit einer Stärke von beispielsweise mehr als 10G verteilt. Im Fall der vertikalen Magnetisierung kann es sein, dass die Magnetisierung lokal variiert. Infolgedessen können entlang der langen Achse des Glasbandes 10 beispielsweise Bereiche mit Magnetfeldstärken von über 10G und Bereiche mit Magnetfeldstärken im Bereich von 0G erzeugt werden. Die gewinkelte Magnetisierung stellt eine Kombination der horizontalen und der vertikalen Magnetisierung dar. Eine Ausrichtung der Magnetisierung innerhalb des Glasbandes 10 kann an eine endgültige Anwendung des Glasbandes angepasst werden, um eine optimale Leistung zu erzielen, wobei Anforderungen einer Anwendung berücksichtigt werden können. Ebenso können andere Methoden verwendet werden, um die optimale Magnetisierung in das Band zu induzieren.
Fig. 3 zeigt einen vierten Verfahrensschritt 4 des Verfahrens, im Rahmen dessen das magnetisierte Glasband 10 an einer Rotationskomponente 14 befestigt wird. Das magnetisierte Glasband 10 und die Rotationskomponente 14 bilden eine Wandlervorrichtung 15 (engl.: transducer) des Drehmomentsensors. Das Glasband 10 wird im vierten Verfahrensschritt 4 auf die Rotationskomponente 14 aufgesteckt. Die Rotationskomponente 14 kann beispielsweise als Welle, beispielsweise als Welle eines Motors, als eine Spindel oder beispielsweise als Bestandteil eines elektrischen Werkzeugs oder alternativ als Aufsatz für ein elektrisches Werkzeug, ausgebildet sein. Eine Größe des Glasbandes 10 sollte ungefähr an eine Größe der Rotationskomponente 14 angepasst werden. Beispielsweise sollte ein Innendurchmesser des Glasbandes 10 etwa so groß sein wie ein Außendurchmesser der Rotationskomponente 14.
Zum Befestigen des Glasbandes 10 kann ein Kleber verwendet werden, was in Fig. 3 nicht gezeigt ist. Der Kleber kann beispielsweise Cyanoacrylat oder ein Epoxid aufweisen. Es kann sich jedoch um einen beliebigen Kleber handeln. Der Kleber kann direkt auf das Glasband 10 aufgetragen werden, wobei das Glasband 10 zuvor gereinigt werden kann. Dann wird das Glasband 10 mit dem aufgetragenen Kleber an der eventuell ebenfalls zuvor gereinigten Rotationskomponente 14 befestigt, um die Wandlervorrichtung 15 zu bilden. Die Verwendung eines geeigneten Klebers hat den Vorteil einer leicht durchführbaren Befestigung und zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit, hohe Haltbarkeit, und eine „Drehmomenttreue“ über den gesamten Bereich des Klebers hinweg aus, wodurch magnetostriktive Effekte auf homogene Art und Weise im Glasband 10 bewirkt werden können. Eine Dicke und eine Verteilung des Klebers zwischen dem Glasband 10 und der Rotationskomponente 14 sind entscheidend für eine konsistente Messung eines an der Rotationskomponente 14 wirkenden Drehmoments, wenn eine Kraft von der Rotationskomponente 14 auf das Glasband 10 durch den Kleber übertragen werden soll.
Im Rahmen eines in Fig. 4 dargestellten fünften Verfahrensschritts 5 wird eine Abdeckung 16 über einer Oberfläche 17 des Glasbandes 10 angeordnet. Die Abdeckung 16 weist einen zum Detektieren eines Magnetfelds des Glasbandes 10 ausgebildeten Magnetfeldsensor 18 auf. Dadurch ist der Drehmomentsensor 19 fertiggestellt.. Als Abdeckung 16 kann beispielsweise eine Leiterplatte mit dem integrierten Magnetfeldsensor 18 verwendet werden. Zweckmäßigerweise kann die die Abdeckung 16 derart angeordnet werden, dass der Magnetfeldsensor 18 zum Glasband 10 beabstandet ist.
Der Magnetfeldsensor 18 kann auf verschiedenen Phänomenen beruhen, z. B. dem Hall-Effekt oder einem Magnetowiderstand, beispielsweise einem anisotropen Magnetowiderstand (engl.: anisotropic magnetoresistance, AMR), einem Riesenmagnetowiderstand (engl.: giant magnetoresistance, GMR) oder einem Tunnelwiderstand (engl.: tunnel magnetoresistance, TMR). GMR-Sensoren bieten den Vorteil, dass sie ohne mechanischen Kontakt zum Glasband 10 angeordnet werden können. Zu den für einen Betrieb des Drehmomentsensors erforderlichen Komponenten gehören auch eine Batterie oder eine andere (vorübergehende) Stromquelle sowie ein Mikrocontroller zum Adressieren und Auslesen des Magnetfeldsensors 18 und der Leiterplatte. Darüber hinaus kann die Abdeckung 16 beispielsweise auch einen Positionssensor 20, einen Beschleunigungssensor 21 oder einen anderen Sensor umfassen. Alle Sensoren können dabei auf derselben Leiterplatte integriert sein, um beispielsweise weitere Informationen zur Verwendung eines Elektrowerkzeugs bereitzustellen. Ferner können auch Kommunikationsmittel 22 integriert werden, um gemessenen Daten anzuzeigen oder zu übertragen. In Fig. 4 ist beispielhaft gezeigt, dass der Drehmomentsensor 19 auf einen Aufsatz 23 für ein Elektrowerkzeug aufgesteckt wird, was jedoch nciht zwingend erforderlich ist. Der fünfte Verfahrensschritt 5 ist lediglich optional. Fig. 5 und 6 zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben des Drehmomentsensors 19 gemäß Fig. 4.
Zunächst wird im Rahmen des Verfahrens ein an die Wandlervorrichtung 15 anliegendes Drehmoment generiert. Dies erfolgt indem die Rotationskomponente 14 in eine Rotationsbewegung versetzt wird, beispielsweise durch einen Betrieb eines Elektrowerkzeugs. Die Rotation der Rotationskomponente 14 führt zu einer mechanischen Belastung des Glasbandes 10. Dies führt zu einer Änderung eines vom Glasband 10 emittierten Magnetfelds aufgrund des umgekehrten Magnetostriktionseffekts.
Mittels des Magnetfeldsensors 18 wird dann das Magnetfeld des Glasbandes 10 gemessen. Fig. 5 zeigt eine gemessene Magnetfeldstärke 24 in Oe, die gegen eine Zeitdauer aufgetragen wurde. Das Drehmoment wurde dann schrittweise erhöht. Fig. 5 zeigt beispielhaft fünf beispielhaft gewählte Drehmomente 25 in Nm, die beispielsweise beim Anziehen einer Mutter mittels eines Elektrowerkzeugs wirken können. Zu erkennen ist, dass die Magnetfeldstärke 24 mit einer Drehmomentänderung selbst eine Änderung erfährt. Tendenziell sinkt die Magnetfeldstärke 24 bei zunehmendem Drehmoment 25, wobei die Änderung materialabhängig und materialvolumenabhängig ist. Ein größeres Volumen des Glasbandes 10 sorgt beispielsweise für eine größere Reduzierung der Magnetfeldstärke 24.
In einem weiteren Schritt wird ein Drehmoment auf Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen Magnetfeldstärke 24 und Drehmoment 25 ermittelt. Fig. 6 zeigt eine Änderung 26 der Magnetfeldstärke 24 in Abhängigkeit von dem angelegten Drehmoment 25 gemäß dem Verlauf der Magnetfeldstärke 24 der Fig. 5. Eine lineare Beziehung 27 zwischen Magnetfeldstärke 24 und Drehmoment 25 ermöglicht eine Schätzung des angelegten Drehmoments.
Das Glasband 10 kann vorteilhafterweise derart magnetisiert sein, dass es Stör- und Streufelder unterdrückt. Außerdem ist der Drehmomentsensor 19 für eine Magnetisierung parallel zu einer GM R-Detektionsfläche am sensitivsten, wodurch der Einfluss von Störfeldern auf eine Drehmomentmessung reduziert werden kann, insbesondere, wenn die das Glasband 10 entsprechend magnetisiert ist. Dadurch kann ein Signal-Rausch Verhältnis des Drehmomentsensors 19 verbessert werden. Dadurch können andere Maßnahmen zur Verbesserung des Signal-Rausch Verhältnisses entfallen. Ferner können dynamische Änderungen in einer externen Magnetfeldkonfiguration gemessen und berücksichtigt werden, indem zusätzliche Magnetfeldsensoren 18 außerhalb eines Einflussbereichs der Wandlervorrichtung 15 einbezogen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentsensors (19) mit folgenden Verfahrensschritten (1 , 2, 3, 4):
- Bereitstellen eines amorphen metallischen Glasbandes (10),
- thermisches Behandeln des Glasbandes (10),
- Magnetisieren des thermisch behandelten Glasbandes (10),
- Befestigen des magnetisierten Glasbandes (10) an einer Rotationskomponente (14).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 mit folgendem zusätzlichen Verfahrensschritt: - Anordnen einer Abdeckung (16) über einer Oberfläche (17) des Glasbandes (10), wobei die Abdeckung (16) einen zum Detektieren eines Magnetfelds des Glasbandes (10) ausgebildeten Magnetfeldsensor (18) aufweist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 mit folgendem zusätzlichen Verfahrensschritt:
- Anordnen des Glasbandes (10) über einem Träger.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die thermische Behandlung des Glasbandes (10) bei einer Temperatur zwischen einer Curie-Temperatur und einer Kristallisationstemperatur des Glasbandes (10) erfolgt.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 mit folgendem zusätzlichen Verfahrensschritt:
- Formen des Glasbandes (10) bevor das Glasband (10) magnetisiert wird.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5,
- wobei die Abdeckung (16) derart angeordnet wird, dass der Magnetfeldsensor (18) zum Glasband (10) beabstandet ist.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren zumindest teilweise in einem Rolle-zu-Rolle Prozesses erfolgt.
8. Wandlervorrichtung (15) für einen Drehmomentsensor (19) mit einer Rotationskomponente (14) und einem an der Rotationskomponente (14) befestigten metallischen Glasband (10), wobei das Glasband (10) eine nanokristalline Struktur und eine Magnetisierung auf- weist.
9. Drehmomentsensor (19) mit einer Wandlervorrichtung (15) gemäß Anspruch 8 und einer über der Wandlervorrichtung (15) befestigten Abdeckung (16) mit einem Magnetfeldsensor (18), wobei der Magnetfeldsensor (18) zum Detektieren eines Magnetfelds des Glasbandes (10) ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Drehmomentsensors (19) gemäß Anspruch 9 mit folgenden Verfahrensschritten:
- Generieren eines an die Wandlervorrichtung (15) anliegenden Drehmoments,
- Messen eines Magnetfelds des Glasbandes (10) mittels des Magnetfeldsensors (18), - Ermitteln eines Drehmoments auf Basis einer vorbestimmten Beziehung (27) zwischen Magnetfeld und Drehmoment.
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