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Die Erfindung betrifft eine magnetoelastische Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit der magnetoelastischen Sensorvorrichtung.
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Es sind magnetoelastische Sensoren bekannt, welche zum Erfassen eines Drehmomentes auf Basis der Magnetostriktion dienen. Eine derartige Sensorik umfasst in der Regel einen Primärsensor und einen Sekundärsensor. Der Primärsensor ist ein magnetisiertes Bauteil, z.B. eine Welle, das mit einem umlaufenden, in sich geschlossenen Magnetfeld magnetisiert ist. Der Sekundärsensor ist als ein Magnetfeldsensor ausgebildet und dient zur Erfassung einer Magnetfeldänderung des Magnetfeldes, welche in Abhängigkeit des magnetoelastischen Effekts unter Krafteinwirkung (inverse Magnetostriktion) auftritt. Da sich die Magnetfeldänderung proportional zur Krafteinwirkung verhält, kann somit ein Zusammenhang mit dem Drehmoment hergestellt werden.
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Die Druckschrift
DE 102017200528 A1 offenbart einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit zumindest einem Antriebsmotor und einem Getriebe, wobei zumindest ein Drehmomentsensor zur Ansteuerung vorgesehen ist, wobei der Drehmomentsensor zum Erfassen des jeweils anliegenden Drehmomentes in ein Getriebebauteil integriert ist. Insbesondere ist als integrierter Drehmomentsensor ein magnetoelastischer Sensor zum Erfassen des an dem Getriebebauteil anliegenden Drehmomentes vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, welche sich durch eine kostengünstige und kompakte Ausgestaltung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen das Anspruchs 1 sowie einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die Erfindung betrifft eine magnetoelastische Sensorvorrichtung, welche zur Erfassung einer auf ein Bauteil wirkenden Kraft und/oder Drehmoment ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung als ein magnetoelastischer, vorzugsweise invers-magnetostriktiver, Drehmoment- und/oder Kraftsensor ausgebildet. Das Bauteil kann als ein bewegliches, insbesondere rotierendes, oder stationäres Bauteil ausgebildet sein, welches durch die Kraft und/oder ein Drehmoment beaufschlagt und/oder beaufschlagbar ist. Prinzipiell kann das Bauteil als ein beliebiges Bauteil einer Maschine, Anlage, Fahrzeug oder dergleichen ausgebildet sein, welches während des Betriebs hinsichtlich seiner Belastung überwacht werden muss. Beispielsweise kann das rotierende Bauteil als eine Welle, ein Lager, ein Übertragungselement, z.B. Zahnrad, oder dergleichen ausgebildet sein. Beispielsweise kann das stationäre Bauteil als ein Gehäuse, eine Achse, ein Gestell oder dergleichen ausgebildet sein. Optional umfasst die Sensorvorrichtung das Bauteil.
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Die Sensorvorrichtung weist einen Primärsensorabschnitt mit einem Magnetbereich auf. Insbesondere ist der Magnetbereich als ein magnetisierbarer und/oder magnetisierter Bereich des Primärsensorabschnitts ausgebildet. Alternativ kann der Primärsensorabschnitt selbst magnetisiert sein. Bei einer Beaufschlagung des Bauteils mit der Kraft und/oder dem Drehmoment bewirkt der Magnetbereich eine Magnetfeldänderung des Magnetfeldes. Insbesondere ergibt sich bei der Beaufschlagung des Bauteils mit der Kraft und/oder dem Drehmoment eine Magnetfeldkomponente außerhalb und/oder innerhalb des Bauteils deren Größe vom anliegenden Drehmoment abhängt und eine messbare Veränderung des Magnetfeldes bewirkt. Im Speziellen weist der Magnetbereich ein dauerhaftes und/oder in sich geschlossenes Magnetfeld auf, welches im unbelasteten Zustand des Bauteils nicht oder nur als geringfügiges Streufeld aus der Oberfläche des Primärsensorabschnitts austritt. Der Magnetbereich und/oder das Magnetfeld sind umlaufend oder zumindest abschnittsweise umlaufend zu der Sensorachse des Primärsensorabschnitts ausgebildet.
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Die Sensorvorrichtung weist einen Sekundärsensorabschnitt auf, welcher zum Erfassen der unter Einwirkung der Kraft und/oder des Drehmoments auf das Bauteil auftretenden Magnetfeldänderung des Magnetfeldes ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient der Sekundärsensorabschnitt zur Erfassung der Kraft bzw. des Drehmoments auf Basis des magnetoelastischen Effekts. Als magnetoelastischen Effekt bezeichnet man insbesondere die Wechselwirkung zwischen der auf das Bauteil einwirkenden Kraft bzw. Drehmoment einerseits und der Änderung des Magnetfelds andererseits. Die Magnetfeldänderung wird im Detail dadurch hervorgerufen, dass sich die sogenannten Weiss-Bezirke im Material des Primärsensorabschnitts durch die Belastung des Bauteils verschieben. Normalerweise sind diese Bezirke so verschieden orientiert, dass makroskopisch keine Magnetisierung des Materials zu erkennen ist. In Abhängigkeit der wirkenden Kraft bzw. Drehmoment ändern die Weiss-Bezirke in Betrag und Richtung, sodass eine durch den Sekundärsensorabschnitt erfassbare Änderungen in der Magnetisierung erfolgt bzw. ein äußeres, erfassbares Magnetfeld erzeugt wird. Bevorzugt ist der Sekundärsensorabschnitt berührungslos und/oder beabstandet zu dem Primärsensorabschnitt angeordnet. Insbesondere ist der Sekundärsensorabschnitt als mindestens ein Magnetfeldsensor ausgebildet, welcher insbesondere eine Flussdichte und/oder Magnetfeldstärke und/oder eine Magnetfeldrichtung und/oder eine Veränderung derer detektieren kann. Alternativ weist der Sekundärsensorabschnitt mindestens eine Primärspule und mindestens eine Sekundärspule auf, wobei das Magnetfeld über die Primärspule generiert und über die Sekundärspule erfassbar ist. Insbesondere ändert sich das Magnetfeld aufgrund einer Permeabilitätsänderung im Material, wobei die Permeabilitätsänderung proportional zu den Spannungen im Material und somit zum Drehmoment ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Primärsensorabschnitt als ein Sensorelement ausgebildet ist. Insbesondere ist das Sensorelement wahlweise an einer radialen Innen- oder Außenseite des Bauteils oder an einer axialen Stirnseite des Bauteils angeordnet und/oder anordbar. Vorzugsweise ist das Sensorelement an beliebiger Stelle des Bauteils positioniert und/oder positionierbar.
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Erfindungsgemäß ist das Sensorelement und/oder der Magnetbereich exzentrisch zu einer Bauteilachse des Bauteils angeordnet und/oder anordbar. Beispielsweise definiert das Bauteil mit seiner Längsachse, Mittelachse, Rotationsachse und/oder Symmetrieachse die Bauteilachse. Insbesondere ist das Sensorelement mit seiner Sensorachse exzentrisch zu der Bauteilachse angeordnet und/oder anordbar. Vorzugsweise sind die Sensorachse und die Bauteilachse beabstandet zueinander angeordnet. Alternativ kann die Sensorachse die Bauteilachse jedoch auch rechtwinklig oder in einem Winkel, von beispielsweise mehr als 15 Grad, vorzugsweise mehr als 30 Grad, im Speziellen mehr als 45 Grad schneiden.
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Alternativ oder optional ergänzend ist das Sensorelement und/oder der Magnetbereich allenfalls teilumgreifend an dem Bauteil angeordnet und/oder anordbar. Insbesondere ist allenfalls teilumgreifend dahingehend zu verstehen, als dass das Sensorelement das Bauteil nicht umgreift oder nur abschnittsweise umgreift, jedoch nicht vollständig umgreift. Im Speziellen ist das Sensorelement nicht-umlaufend um das Bauteil und/oder dessen Bauteilachse ausgebildet. Insbesondere ist das Sensorelement in einem Teilbereich des Bauteils angeordnet und/oder anordbar, der das Bauteil nur abschnittsweise umgreift und/oder flächig begrenzt ist.
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Dadurch, dass das beschriebene Sensorelement nicht-umlaufend um die Bauteilachse ausgebildet ist, kann das Sensorelement an beliebigen Positionen angeordnet werden, um die auf das Bauteil wirkende Belastung wie Drehmomente, Kräfte, Biegemoment etc. zu ermitteln. Insbesondere bei großen Bauteildimensionen und/oder Bauteildurchmessern kann somit eine kostengünstige Sensorvorrichtung geschaffen werden, welche zugleich einfach an dem Bauteil montiert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass durch das Sensorelement eine besonders bauraumsparende Sensorvorrichtung vorgeschlagen wird.
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In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Magnetbereich mindestens oder genau eine die Sensorachse umlaufende oder teilweise umlaufende Magnetspur aufweist. Insbesondere ist die Magnetspur durch einen magnetisierten oder magnetisierbaren Materialabschnitt des Sensorelements ausgebildet. Alternativ kann die Magnetspur jedoch auch durch ein auf das Sensorelement aufgebrachtes magnetisiertes oder magnetisierbares Band oder Beschichtung gebildet sein. Die Magnetspur ist in Bezug auf die Sensorachse ringförmig und/oder umlaufend geschlossen. Insbesondere weist das Sensorelement zwei oder mehr der Magnetspuren auf. Die mehreren Magnetspuren sind vorzugsweise parallel zueinander an dem Sensorelement angeordnet. Insbesondere erstrecken sich die Magnetspuren jeweils in einer Radialebene und/oder parallel zu einer Radialebene der Sensorachse. Alternativ erstreckt sich die mindestens eine Magnetspur mit einem Winkel von mehr als mehr als 15 Grad, vorzugsweise mehr als 30 Grad, im Speziellen mehr als 45 Grad zu der Radialebene der Sensorachse.
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In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass das Sensorelement in einen Querschnitt betrachtet einen hohlen oder massiven Grundkörper aufweist. Alternativ oder optional ergänzend weist das Sensorelement im Querschnitt betrachtet einen quaderförmigen oder zylinderförmigen Grundkörper auf. Das Sensorelement kann beispielsweise quaderförmig oder würfelförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann der hohle Grundkörper als ein Biege- und/oder Umformteil ausgeführt sein. Alternativ kann das Sensorelement jedoch auch einen flachen, insbesondere chipförmigen, Grundkörper aufweisen. Im Speziellen weist der chipförmigen Grundkörper die mindestens eine Magnetspur auf, wobei die mindestens eine Magnetspur rechtwinklig oder winklig zu der Sensorachse in oder an dem chipförmigen Grundkörper ausgebildet ist. Beispielsweise kann die mindestens eine Magnetspur in dem chipförmigen Grundkörper in ein oder mehreren Schichten aufgebaut sein. Im Speziellen kann die mindestens eine Magnetspur planar auf eine der Schichten, insbesondere auf eine Funktionsschicht, aufgebracht und/oder als eine der Schichten ausgebildet sein. Insbesondere ist die mindestens eine Magnetspur umlaufend oder zumindest abschnittsweise umlaufend an einem Außen- oder Innenumfang des Grundkörpers angeordnet. Alternativ kann die Magnetspur jedoch auch in den Grundkörper integriert oder eingebettet sein. Optional kann der hohle Grundkörper vollständig oder zumindest teilweise mit einem nicht-magnetisch leitenden oder schlecht magnetisch leitenden Material ausgefüllt sein. Es wird somit ein Sensorelement vorgeschlagen, welches sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Geometrie auszeichnet. Zudem wir ein Sensorelement vorgeschlagen, welches beliebig klein und somit platzsparend ausgestaltet werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung eine Befestigungseinrichtung aufweist, welche zur Befestigung des Sensorelements an dem Bauteil ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Befestigungseinrichtung fest, insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, mit dem Bauteil verbunden. Das Sensorelement ist über die Befestigungseinrichtung unmittelbar oder über einen Abstand an dem Bauteil gehalten. Prinzipiell ist das Sensorelement über die Befestigungsvorrichtung mit direkten Kontakt zu dem Bauteil gehalten. Alternativ ist das Sensorelement mit einem Abstand von mehr als 0,3 mm, vorzugsweise mehr als 1 mm, im Speziellen mehr als 2 mm zu dem Bauteil angeordnet. Alternativ oder optional ergänzend ist das Sensorelement mit einem Abstand von weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 3 mm, im Speziellen weniger als 1 mm zu dem Bauteil angeordnet. Im Speziellen ist die Befestigungseinrichtung mindestens teilweise oder vollständig aus einem nicht-magnetisierbaren oder schlecht-magnetisierbaren Material gefertigt. Insbesondere ist schlecht-magnetisierbar dahingehend zu verstehen, als dass das Material der Befestigungseinrichtung eine deutlich schlechtere Magnetisierbarkeit als das Material des Sensorbauteils aufweist. Optional kann der Abstand vollständig oder zumindest teilweise mit einem nicht-magnetisch leitenden oder schlecht magnetisch leitenden Material ausgefüllt sein. Durch die Befestigungsvorrichtung kann das Sensorelement in einfacher Weise lagerichtig an dem Bauteil positioniert und befestigt werden.
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In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Befestigungseinrichtung mindestens oder genau einen ersten und einen zweiten Befestigungsteil aufweist. Insbesondere ist die Befestigungseinrichtung mehrteilig, insbesondere mindestens zweiteilig, ausgebildet, wobei die mindestens zwei Befestigungsteile als separate Einzelteile ausgebildet sind. Alternativ ist die Befestigungseinrichtung einstückig ausgebildet, wobei die Befestigungsteile aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gefertigt sind. In der einfachsten Ausführung können die Befestigungsteile jeweils als ein Befestigungssteg oder als ein Befestigungsstreifen ausgebildet sein, welche das Sensorelement beidseitig halten. Alternativ bilden die beiden Befestigungsteile ein Gehäuse, in welchem das Sensorelement aufgenommen ist. Vorzugsweise ist der erste Befestigungsteil in Bezug auf die Sensorachse in einer axialen Richtung auf der einen Stirnseite und der zweite Befestigungsteil in einer axialen Gegenrichtung auf der anderen Stirnseite des Sensorelements angeordnet. Alternativ können die Befestigungsteile jedoch auch winklig zueinander und/oder um 90 Grad versetzt und/oder seitlich und/oder in radialer Richtung an dem Sensorelement angeordnet sein.
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Das Sensorelement ist zwischen den mindestens zwei Befestigungsteilen formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig gehalten. Insbesondere ist das Sensorelement in axialer Richtung in Bezug auf die Sensorachse und/oder in Querrichtung zur Sensorachse, insbesondere eine quer zur Sensorachse gerichtete Richtung, zwischen den mindestens zwei Befestigungsteilen formschlüssig gehalten. Alternativ oder optional ergänzend ist das Sensorelement über eine Press- oder Klemmverbindung zwischen den mindestens zwei Befestigungsteilen gehalten. Alternativ oder optional ergänzend ist das Sensorelement über eine Schweiß-, Löt- oder Klebeverbindung zwischen den mindestens zwei Befestigungsteilen gehalten. Alternativ oder optional ergänzend ist das Sensorelement zumindest teilweise durch mindestens das erste und/oder das zweite Befestigungselemente umgriffen. Durch die mindesten zwei Befestigungsteile wird somit eine einfache, stabile und dauerhafte Befestigung des Sensorelements an dem Bauteil umgesetzt.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass mindestens oder genau der erste und der zweite Befestigungsteil getrennt und/oder voneinander bebastandet sind. Insbesondere sind die mindestens zwei Befestigungsteile als zwei separate Einzelteile unabhängig voneinander an dem Bauteil bzw. dem Sensorelement befestigt und/oder befestigbar. Vorzugsweise sind die beiden Befestigungsteile baugleich und/oder identisch ausgebildet, sodass die Befestigungsteile untereinander austauschbar sind. Insbesondere sind die beiden Befestigungsteile mittig des Sensorelements voneinander getrennt und/oder beabstandet. Im Speziellen sind die Befestigungsteile in axialer und/oder in radialer Richtung in Bezug auf die Sensorachse getrennt und/oder voneinander beabstandet. Je nach Ausgestaltung der Befestigungsteile können diese ohne das Sensorelement an dem Bauteil vormontiert oder gemeinsam mit dem Sensorelement als eine Einheit an dem Bauteil montiert werden. Durch die geteilte Befestigungsvorrichtung kann die Montage des Sensorelements deutlich vereinfacht werden.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Konkretisierung ist vorgesehen, dass mindestens oder genau der erste und/oder der zweite Befestigungsteil einen Aufnahmeabschnitt aufweist. Insbesondere dient der Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Sensorelements. Prinzipiell kann nur einer der beiden Befestigungsteile den Aufnahmeabschnitt aufweisen. Bevorzugt jedoch weisen beide Befestigungsteile jeweils einen Aufnahmeabschnitt auf, wobei die beiden Aufnahmeabschnitte eine gemeinsame Aufnahme für das Sensorelement bilden. Das Sensorelement ist verliersicher in dem Aufnahmeabschnitt gehalten. Insbesondere kann das Sensorelement vollständig oder zumindest teilweise in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen sein. Insbesondere ist der Aufnahmeabschnitt als eine Vertiefung, z.B. eine Nut, ausgebildet, in welche das Sensorelement in axialer Richtung und/oder in der Querrichtung in Bezug auf die Sensorachse formschlüssig aufgenommen ist. Optional kann der Aufnahmeabschnitt mit einem Deckelteil verschließbar und/oder verschlossen sein, sodass das Sensorelement vollständig durch die Befestigungseinrichtung eingehaust ist. Insbesondere kann die Befestigungsvorrichtung an dem Bauteil vormontiert sein, wobei das Sensorelement nachträglich in den Aufnahmeabschnitt einsetzbar ist. Alternativ kann das Sensorelement jedoch bereits in dem Aufnahmeabschnitt vormontiert sein und gemeinsam mit der Befestigungsvorrichtung an dem Bauteil befestigt werden. Im Speziellen kann das erste und/oder das zweite Befestigungsbauteil im eingesetzten Zustand des Sensorelements umgeformt sein, sodass das Sensorelement in dem Aufnahmeabschnitt gegen Verlieren gesichert und/oder fest in dem Aufnahmeabschnitt fixiert ist. Es wird somit eine Befestigungseinrichtung geschaffen, welche sich durch eine besonders sichere Aufnahme des Sensorelements auszeichnet. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass die Befestigungseinrichtung ohne das Sensorelement an dem Bauteil befestigt werden kann, sodass das Sensorelement, beispielsweise während eines Schweiß- oder Lötvorgangs, nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt ist und somit die Funktion des Sensorelements nicht beeinflusst wird.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Konkretisierung ist vorgesehen, dass mindesten oder genau der erste und/oder der zweite Befestigungsteil eine Befestigungsfläche aufweisen, wobei das Sensorelement an der Befestigungsfläche abgestützt und/oder befestigt ist. Insbesondere ist die Befestigungsfläche als eine ebene Befestigungsfläche ausgebildet, wobei das Sensorelement mit seiner Stirnseite zumindest abschnittsweise flächig, insbesondere vollflächig, an der Befestigungsfläche anliegt. Vorzugsweise erstreckt sich die Befestigungsfläche in einer Radialebene der Sensorachse. Besonders bevorzugt weisen beide Befestigungsteile jeweils eine Befestigungsfläche auf, wobei die beiden Befestigungsflächen winklig zueinander und/oder als parallele Gegenflächen und/oder in axialer Richtung und/oder in der Querrichtung in Bezug auf die Sensorachse einander gegenüberliegend angeordnet sind. Prinzipiell kann das Sensorelement form- und/oder kraftschlüssig an der Befestigungsfläche anliegen und/oder stoffschlüssig an der Befestigungsfläche befestigt sein. Alternativ oder optional ergänzend begrenzt die mindestens eine Befestigungsfläche den Aufnahmeabschnitt in axialer Richtung und/oder in der Querrichtung in Bezug auf die Sensorachse. Es ist somit eine Überlegung der Erfindung, eine Befestigungsvorrichtung vorzuschlagen, welche sich durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Konkretisierung ist vorgesehen, dass mindestens oder genau der erste und/oder der zweite Befestigungsteil eine Befestigungskontur und das Sensorelement eine Gegenkontur aufweist, wobei die Befestigungskontur mit der Gegenkontur in Eingriff steht. Insbesondere ist die Befestigungskontur als eine an zumindest einem der Befestigungsteile angeordneter Absatz ausgebildet, wobei die Gegenkontur als eine den Absatz aufnehmende Aufnahme, z.B. eine Öffnung oder Vertiefung, ausgebildet ist. Vorzugsweise ragt die Befestigungskontur zumindest abschnittsweise mit der Befestigungskontur in das Sensorelement bzw. in die Gegenkontur. Im Speziellen kann die Aufnahme durch die Öffnung des hohlen Grundkörpers gebildet sein. Alternativ kann die Gegenkontur jedoch auch als der Absatz und die Befestigungskontur als die Aufnahme ausgebildet sein. Insbesondere sind die Befestigungskontur und die Gegenkontur ineinandergesteckt und/oder formschlüssig miteinander verbunden. Optional ergänzend können die Befestigungskontur und die Gegenkontur stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Es wird somit eine Befestigungseinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders stabile Befestigung des Sensorelements an dem Bauteil auszeichnet. Des Weiteren kann durch die Ausgestaltung der Befestigungsvorrichtung und/oder Anordnung des Sekundärsensorabschnitts festgelegt werden, welche Spannungen bzw. Kräfte durch das Sensorelement erfasst werden sollen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit mindestens oder genau einer magnetoelastischen Sensoreinrichtung, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist der Antriebsstrang für ein Fahrzeug, eine Arbeitsmaschine, eine Windkraftanlage, einen Wankstabilisator oder dergleichen geeignet. Das Fahrzeug kann vorzugsweise als ein Elektor- oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Vorzugsweise weist der Antriebsstrang eine Antriebsvorrichtung und/oder eine Getriebevorrichtung und/oder eine Kupplungsvorrichtung auf. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise als eine elektrische Maschine und/oder als ein Verbrennungsmotor ausgebildet sein. Die Getriebevorrichtung kann beispielsweise durch ein oder mehrere Übersetzungsgetriebe, z.B. Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, etc., gebildet sein. Insbesondere dient die Sensorvorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung des Antriebstrangs. Hierzu kann die mindestens eine Sensorvorrichtung mit einer Steuereinrichtung verbunden sein, wobei die Steuereinrichtung zur Auswertung der erfassten Kraft und/oder Drehmoment dient. Im Speziellen ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Antriebsvorrichtung basierend auf dem erfassten Drehmoment und/oder Kraft zu steuern und/oder zu regeln.
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Bevorzugt weist der Antriebsstrang genau ein, einige oder mehrere der Sensorvorrichtungen auf. Um mehrere Bauteile des Antriebsstrangs unabhängig voneinander hinsichtlich der einwirkenden Belastung zu überwachen, können mindestens zwei Sensorvorrichtungen an unterschiedlichen Bauteilen des Antriebsstrangs angeordnet sein. Die mindestens eine Sensorvorrichtung ist dabei an einem Antriebsbauteil der Antriebsvorrichtung angeordnet. Alternativ ist die Sensorvorrichtung oder optional eine weitere Sensorvorrichtung an einem Getriebebauteil der Getriebevorrichtung angeordnet. Alternativ ist die Sensorvorrichtung oder optional eine weitere Sensorvorrichtung an einem Kupplungsbauteil der Kupplungsvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise können ein oder mehrere der Sensorvorrichtungen an einer Stirnseite und/oder um einen Umfang einer Welle, z.B. Rotor-, Ritzel-, Zwischen- oder Abtriebswelle etc., und/oder eines Gehäuses und/oder eines Kupplungsbauteils, z.B. Kupplungsscheibe, und/oder einer Synchronisationseinrichtung und/oder eines Zahnrades, z.B. Planeten- oder Stirnrad, angeordnet sein. Je nach Anordnung und Anzahl der einzelnen Sensorelemente an genau einem der Bauteile, kann insbesondere bei einer Rotation des Bauteils um die Bauteilachse zusätzlich die Drehzahl oder die Winkelposition des Bauteils bestimmt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Antriebstrangs mit mehreren Sensorvorrichtungen als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2a, b eine schematische Detaildarstellung einer Wellenanordnung mit mehreren der Sensorvorrichtungen aus 1;
- 3a-d unterschiedliche Darstellungen und Ausführungen eines Sensorelements für die Sensorvorrichtung der 1 und 2;
- 4-c unterschiedliche Darstellungen und Ausführungen eines alternativen Sensorelements für die Sensorvorrichtung der 1 und 2;
- 5a, b unterschiedliche Darstellungen einer Befestigungsvorrichtung für das Sensorelement der 3a-d und 4a-c;
- 6a-c unterschiedliche Darstellungen einer alternativen Befestigungsvorrichtung für das Sensorelement der 3a-d und 4a-c;
- 7a-c unterschiedliche Darstellungen einer alternativen Befestigungsvorrichtung für das Sensorelement der 3a-d und 4a-c;
- 8a, b unterschiedliche Darstellungen einer alternativen Befestigungsvorrichtung für das Sensorelement der 3a-d und 4a-c.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Antriebsstrang 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise ist der Antriebsstrang 1 für Fahrzeug, z.B. ein Elektrofahrzeug, ausgebildet und/oder geeignet. Der Antriebsstrang 1 weist eine Antriebsvorrichtung 2 und eine Getriebevorrichtung 3 auf, wobei die Antriebsvorrichtung 2 getriebetechnisch mit der Getriebevorrichtung 3 verbunden ist.
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Die Antriebsvorrichtung 2 ist als eine elektrische Maschine, z.B. ein Elektromotor, ausgebildet und dient zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines Traktionsmoments, insbesondere eines Haupttraktionsmoments, für das Fahrzeug. Die Antriebsvorrichtung 2 weist einen Rotor 4a und einen Stator 4b auf, welche in Bezug auf eine Bauteilachse B koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann die Antriebsvorrichtung 2 mit einer Energieeinrichtung, z.B. eine Batterie oder ein Akku, elektrisch verbunden sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten.
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Ferner weist die Antriebsvorrichtung 2 eine Antriebswelle 5 zur Übertragung des Traktionsmoments auf. Der Rotor 4a ist mit der Antriebswelle 5 antriebstechnisch verbunden, sodass die Antriebswelle 5 über und/oder durch den Rotor 4a angetrieben wird. Die Antriebswelle 5 ist somit als eine Rotorwelle ausgebildet und ist hierzu mechanisch, z.B. drehfest, und elektrisch mit dem Rotor 4a verbunden. Die Antriebswelle 5 definiert dabei mit ihrer Rotationsachse die Bauteilachse B.
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Die Getriebevorrichtung 3 weist ein Getriebegehäuse 6 auf, wobei die Antriebsvorrichtung 2, insbesondere der Stator 4b, mechanisch, insbesondere drehfest, mit dem Getriebegehäuse 6 verbunden ist. Die Getriebevorrichtung 3 weist mehrere Getriebeabschnitte 7a, b, c auf, wobei ein erster Getriebeabschnitt 7a als ein Planetengetriebe, ein zweiter Getriebeabschnitt 7b als ein Stirnradgetriebe und ein dritter Getriebeabschnitt 7c als ein Differenzialgetriebe ausgebildet sein kann. Über die Antriebswelle 5 ist die Antriebsvorrichtung 2 mit dem ersten Getriebeabschnitt 7a getriebetechnisch verbunden, wobei sich die Antriebswelle 5 hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Bauteilachse B in das Getriebegehäuse 6 erstreckt.
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Ferner weist die Getriebevorrichtung 3 eine Zwischenwelle 8 auf, wobei die Zwischenwelle 8 den ersten Getriebeabschnitt 7a mit dem zweiten Getriebeabschnitt 7b verbindet. Beispielsweise kann zwischen der Antriebswelle 5 und der Zwischenwelle 8 eine Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, wobei das Traktionsmoment in einem ausgekuppelten Zustand der Kupplungsvorrichtung über den ersten Getriebeabschnitt 7a auf den dritten Getriebeabschnitt 7c übertragen wird und in einem eingekuppelten Zustand der Kupplungsvorrichtung über den zweiten Getriebeabschnitt 7b auf den dritten Getriebeabschnitt 7b übertragen wird. Somit bildet der erste Getriebeabschnitt 7a beispielsweise eine erste Gangstufe und der zweite Getriebeabschnitt 7b eine zweite Gangstufe.
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Der zweite Getriebeabschnitt 7b weist mehrere Getrieberäder 9a, b, z.B. Stirnzahnräder, auf, welche miteinander in Eingriff stehen. Dabei ist ein erstes Getrieberad 9a drehfest mit der weiteren Zwischenwelle 8 und ein zweites Getrieberad 9b mit dem dritten Getriebeabschnitt 7c getriebetechnisch verbunden. Somit verläuft ein Momentenpfad des Traktionsmoments, insbesondere im eingekuppelten Zustand der Kupplungsvorrichtung, von dem ersten Getriebeabschnitt 7a über die Zwischenwelle 8 zu dem zweiten Getriebeabschnitt 7b und über mindestens eine Getriebestufe der Getrieberäder 9a, b zu dem dritten Getriebeabschnitt 7c, wobei das Traktionsmoment über den dritten Getriebeabschnitt 7c auf zwei Abtriebswellen 10a, b aufgeteilt wird.
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Es ist vorgesehen, dass der Antriebsstrang 1 eine oder mehrere magnetoelastische Sensorvorrichtungen 11, schematisch angedeutet, aufweist, welche an unterschiedlichen Positionen und/oder Bauteilen des Antriebsstrangs 1 positioniert bzw. positionierbar sind. Die Sensorvorrichtung 11 ist insbesondere als ein invers-magnetostriktiver Drehmoment- und/oder Kraftsensor zum Erfassen des jeweils an dem Bauteil anliegenden Drehmomentes bzw. der jeweils an dem Bauteil anliegenden Kraft ausgebildet.
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Wie in der 1 angedeutet, können eine oder mehrere der Sensorvorrichtungen 11 an mehreren unterschiedlichen potenziellen Positionen in dem Antriebsstrang 1 angeordnet sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagenen Positionen nur beispielhaft genannt sind und die Sensorvorrichtung 11 in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Bauraums prinzipiell an beliebiger Stelle in dem Antriebsstrang 1 angeordnet werden kann. Beispielsweise ist die Sensorvorrichtung 11 an einem Außenumfang des Stators 11 angeordnet. Alternativ ist die Sensorvorrichtung 11 oder optional eine weitere Sensorvorrichtung an einer axialen Stirnseite des Rotors 4 angeordnet. Alternativ ist die Sensorvorrichtung 11 oder optional eine weitere Sensorvorrichtung an einem Außenumfang der Zwischenwelle 8 oder der Antriebswelle 5 oder der Abtriebswellen 10a, b angeordnet. Alternativ ist die Sensorvorrichtung 11 oder optional eine weitere Sensorvorrichtung an einer Stirnfläche des ersten oder zweiten Getrieberades 9a, b des zweiten Getriebeabschnitts 7b oder eines weiteren Getrieberades des ersten Getriebeabschnitts 7a angeordnet. Alternativ ist die Sensorvorrichtung 11 oder optional eine weitere Sensorvorrichtung an einem Außen- oder Innenumfang des Getriebegehäuses 6 angeordnet. Alternativ kann die Sensorvorrichtung 11 oder optional eine weitere Sensorvorrichtung jedoch auch an einem Kupplungsbauteil, z.B. eine Kupplungsscheibe, der Kupplungsvorrichtung oder einem Synchronisationsbauteil einer Synchronisationseinrichtung angeordnet sein.
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Die mindestens eine Sensorvorrichtung 11 dient dabei zur Erfassung und/oder Überwachung der Drehmomente und/oder Kräften, welche auf das jeweilige Bauteil wirken. Beispielweise kann die mindestens eine Sensorvorrichtung 11 mit einer Steuerungseinrichtung verbunden sein, welche ausgebildet die erfassten Drehmomente bzw. Kräfte auszuwerten und zur Steuerung der Antriebsvorrichtung 2 zu verwerten.
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Die 2a, b zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Wellenanordnung 12 mit mehreren der Sensorvorrichtungen 11, wie bereits zuvor beschrieben, als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Wellenanordnung 12 der 2a, b weist jeweils eine um die Bauteilachse B rotierbare Welle 13 auf, an deren Außenumfang mehrere der Sensorvorrichtungen 11 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Welle 13 als die Antriebswelle 5, die Zwischenwelle 8 oder eine der Abtriebswellen 10a, b, wie in 1 beschrieben, ausgebildet sein. Alternativ kann die Welle 13 jedoch auch als eine Generatorwelle einer Windkraftanlage oder ein Stabilisatorarm eines Wankstabilisators ausgebildet sein.
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Die Wellenanordnung 13 der 2a weist zusätzlich einen Maschinenelement 14 auf, welches beispielsweise durch ein separates, drehfest mit der Welle 13 verbundenes Zahnrad oder eine an die Welle 13 angeformte Verzahnungsgeometrie gebildet ist. Dabei ist eine oder mehrere der Sensorvorrichtungen 11 in Bezug auf die Bauteilachse B an einer axialen Stirnseite des Maschinenelements 14 angeordnet.
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Es ist eine passive invers-magnetostriktive Drehmomentsensorik für belastete Bauteile, z.B. eine Welle, bekannt, welche aus einem sogenannten Primär- und Sekundärsensor gebildet ist. Der Primärsensor stellt ein magnetisiertes Bauteil aus einen speziellen Sensormaterial dar, das mit einem umlaufenden, in sich geschlossenen Magnetfeld magnetisiert ist, welches außen nicht messbar ist. Beispielsweise kann hierzu das belastete Bauteil selbst magnetisiert sein oder mit einer auf dem belasteten Bauteil befestigten, magnetisierten Hülse versehen sein. Bei einer Beaufschlagung des magnetisierten Bauteils mit dem Drehmoment bzw. der Kraft entsteht ein äußeres Magnetfeld, dessen Flussdichte proportional zum Drehmoment bzw. zu den im Bauteil vorhandenen Spannungen ist. Die Flussdichte dieses Magnetfeldes wird über Magnetfeldsensoren des Sekundärsensors gemessen.
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Des Weiteren ist eine aktiv invers-magnetostriktive Drehmomentsensorik bekannt, bei der das belastete Bauteil nicht magnetisiert ist, sondern eine spezielle, magnetisierbare Schicht aufweist. Diese Schicht ist i.d.R. in Form von unter 45° verlaufenden Spuren auf dem Bauteil sichtbar. Über eine sogenannte Primärspule wird ein Magnetfeld generiert und in die Spuren eingeleitet und über eine oder mehrere sogenannte Sekundärspulen erfasst. Bei Drehmomentbeaufschlagung ändert sich die Permeabilität der Magnetschicht und somit das Magnetfeld proportional zum Drehmoment.
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Die Sensorvorrichtungen 11 weisen jeweils einen Primärsensorabschnitt 15a und einen Sekundärsensorabschnitt 15b auf, wobei die Sensorvorrichtungen 11 wahlweise als ein passiver oder aktiver invers-magnetostriktiver Drehmoment- bzw. Kraftsensor, wie zuvor beschrieben, ausgebildet sein kann. Der Primärsensorabschnitt 15a ist dabei jedoch als ein kleines, magnetisiertes oder magnetisierbares Sensorelement 16 ausgebildet, welches auf dem mit dem Drehmoment oder Kraft belastetem Bauteil, in diesem Ausführungsbeispiel die Welle 13 bzw. das Maschinenelement 14, positioniert ist und nicht-umlaufend um die Bauteilachse B ausgeführt ist und/oder exzentrische zu der Bauteilachse B angeordnet ist.
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Das Sensorelement 16 weist einen Magnetbereich 17 auf, welcher bei einer Beaufschlagung des Bauteils mit der Kraft bzw. dem Drehmoment eine Magnetfeldänderung eines Magnetfeldes M bewirkt. Der Magnetbereich 17 und/oder das Magnetfeld M sind dabei umlaufend oder zumindest abschnittsweise umlaufend zu einer Sensorachse S des Primärsensorabschnitts 15a, insbesondere des Sensorelements 16, und/oder nicht-umlaufend um die Bauteilachse B ausgebildet. Der Sekundärsensorabschnitt 15b ist ausgebildet, die unter Einwirkung der Kraft und/oder des Drehmoments auf das Bauteil auftretenden Magnetfeldänderung des Magnetfeldes M zu erfassen. Als passiver invers-magnetostriktiver Drehmoment- bzw. Kraftsensor ausgebildet, kann das Magnetfeld M im Magnetbereich 17 des Sensorelements 16 vorliegen und/oder durch diesen erzeugt sein, wobei der Sekundärsensorabschnitt 15b ein oder mehrere Magnetfeldsensoren aufweist, welche das Magnetfeld M berührungslos erfassen. Als aktiver invers-magnetostriktiver Drehmoment- bzw. Kraftsensor ausgebildet, kann der Sekundärsensorabschnitt 15b mindestens eine Primärspule und mindestens eine Sekundärspule aufweisen, wobei das Magnetfeld M über die mindestens eine Primärspule generiert und über die mindestens eine Sekundärspule erfasst wird.
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Die Magnetfeldänderung des Magnetfeldes M wird im Detail dadurch hervorgerufen, dass sich die sogenannten Weiss-Bezirke im Material, insbesondere im Magnetbereich 17, des Sensorelements 16 aufgrund der einwirkenden Belastung verschieben. Befindet sich z.B. bei der passiven Sensorik ein umlaufendes Magnetfeld M in dem Sensorelement 16, ändert sich die Ausrichtung des Magnetfelds M und eine Magnetfeldkomponente entsteht, welche ein äußeres durch den Sekundärsensorabschnitt 15b erfassbares Magnetfeld M zur Folge hat. Aus jeder Belastungsart (Querkraft, Biegung, Drehmoment) resultiert so eine spezielle Magnetfeldausrichtung bzw. Magnetfeldausbildung, welche sich in Abhängigkeit der Belastung ändern kann.
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Im Vergleich zu dem vorgeschlagenen Sensorelement 16 ist bei allen bekannten Lösungen der Primärsensor bzw. das Magnetfeld oder die magnetisierbare Fläche immer umlaufend um die Haupt- bzw. Drehachse des belasteten Bauteils bzw. koaxial und/oder konzentrisch angeordnet. Dadurch, dass der Primärsensorabschnitt 15a bzw. das Sensorelement 16 nicht-umlaufend um die Bauteilachse B ausgebildet ist, ist eine Positionierung an beliebigen Stellen der Wellenanordnung 12 bzw. des Antriebstrangs 1 möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Sensorvorrichtung 11 bei großen Durchmessern, z.B. Generatorwelle der Windkraftanlage, sehr kostengünstig umsetzbar ist. Zudem kann die Sensorvorrichtung 11 in Bereichen positioniert werden, die bauraumunkritisch sind, sodass kein zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden muss.
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Wie in den 2a, b dargestellt können die mehreren Sensorvorrichtungen 11 an einem Außenumfang der Welle 13 in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung in Bezug auf die Bauteilachse B verteilt und/oder beabstandet voneinander angeordnet sein. Zusätzlich können die Sensorvorrichtungen 11, insbesondere die Sensorelemente 11, mit ihrer jeweiligen Sensorachse S windschief, achsparallel, senkrecht oder winklig, z.B. in einem 45° Winkel, zu der Bauteilachse B ausgerichtet sein. Insbesondere bei einer Verwendung mehrerer der Sensorvorrichtungen 11 auf dem Umfang der Welle 13 kann zusätzlich die Drehzahl und/oder die Winkelposition der Welle 13 durch eine Auswertung der Sensorsignale bestimmt werden.
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Die 3a bis 3d zeigen jeweils unterschiedliche schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausgestaltungen des Sensorelements 16 der Sensorvorrichtung 11, wie in den vorhergehenden Figuren beschrieben. Das Sensorelement 16 weist einen Grundkörper 18 auf, welcher durch seine Mittel- und/oder Längsachse die Sensorachse S definiert.
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In 3a ist das Sensorelement 16 in einer Draufsicht dargestellt, wobei der Magnetbereich 17 durch zwei Magnetspuren 19a, b gebildet ist, welche umlaufend um die Sensorachse S an einem Umfang des Grundkörpers 18 angeordnet sind. Beispielsweise sind die Magnetspuren 19a, b als ein magnetisierter und/oder magnetisierbarer Materialabschnitt des Grundkörpers 18 gebildet. Sollte der Grundkörper 18 selbst nicht magnetisierbar sein, so können die Magnetspuren 19a, b beispielsweise auch durch eine magnetisierte und/oder magnetisierbare Beschichtung oder dergleichen gebildet sein. Bevorzugt sind die Magnetspuren 19a, b in Umfangsrichtung um die Sensorachse S jeweils als eine umlaufend in sich geschlossene Bahn ausgebildet.
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Die 3b, c, d zeigen unterschiedliche Ausführungen des Sensorelements 16 in einem Querschnitt, wie dieser in 3a angedeutet ist. Der Grundkörper 18 kann im Querschnitt betrachtet zumindest teilweise oder vollständig hohlförmig, wie in 3b und 3d gezeigt, oder vollförmig, wie in 3c gezeigt, ausgebildet sein. Beispielsweise ist der hohlförmige Grundkörper 18 als ein dünnwandiger, insbesondere rohrförmiger und/oder in sich geschlossener, Hohlkörper ausgebildet. Beispielsweise kann der hohlförmige Grundkörper 18 als ein Biegeteil oder Umformteil ausgeführt sein. Beispielsweise ist der vollförmige Grundkörper 18 als ein aus einem Vollmaterial gefertigter Vollkörper ausgebildet. Ferner kann der Grundkörper 18 einen rechteckigen, wie in 3b und 3c gezeigt, oder runden, wie in 3d, gezeigt, Querschnitt aufweisen.
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Die 4a bis 4c zeigen jeweils unterschiedliche schematische Darstellungen einer alternativen Ausgestaltung des Sensorelements 16. Das Sensorelement 16 ist chipförmig ausgebildet, wobei die Magnetspuren 19a, b, wie in 4c dargestellt, in den Grundkörper 18 integriert und/oder eingebettet sind. Die Magnetspuren 19a, b können dabei parallel, wie in 4a gezeigt, oder winklig, wie in 4b gezeigt, zu einer Radialebene der Sensorachse S ausgerichtet sein. Beispielsweise sind die winklig ausgerichteten Magnetspuren 19a, b mit einem Winkel von ca. 45 Grad zu der Radialebene der Sensorachse S ausgerichtet.
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Die nachfolgenden Figuren zeigen jeweils unterschiedliche Ausgestaltungen einer Befestigungseinrichtung 20, welche zur Befestigung des Sensorelements 16 an dem belasteten Bauteil, z.B. der Welle 13, dient. Die Befestigungseinrichtung 20 ist hierzu fest an dem Bauteil montiert, sodass unter Einwirkung des Drehmoments und/oder der Kraft eine Querkraft über die Befestigungseinrichtung 20 auf das Sensorelement 16 übertragen wird, welche die Magnetfeldänderung des Magnetfelds M zur Folge hat. Beispielsweise kann die Befestigungseinrichtung 20 hierzu über eine Stoffschlussverbindung 21, z.B. eine Löt- oder Schweißverbindung, an dem Bauteil befestigt sein. Beispielsweise ist die Befestigungseinrichtung 20 zumindest teilweise oder vollständig aus einem nicht-magnetisierbaren bzw. nicht-magnetisierten Material gefertigt. Das Sensorelement 20 kann durch die Befestigungseinrichtung 20 mittelbar, vorzugsweise über einen Abstand A, oder unmittelbar, z.B. in direkten Kontakt, zu dem belasteten Bauteil positioniert sein.
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Die Befestigungseinrichtung 20 weist einen ersten und einen zweiten Befestigungsteil 22a, b auf, wobei der eine Befestigungsteil 22a in axialer Richtung in Bezug auf die Sensorachse S an einer axialen Stirnseite und der andere Befestigungsteil 22b in axialer Gegenrichtung an der anderen axialen Stirnseite des Sensorelements 16 angeordnet ist. Insbesondere ist das Sensorelement 16 zwischen den beiden Befestigungsteilen 22a, b gehalten und/oder befestigt. Die Befestigungseinrichtung 20 kann mehrteilig ausgebildet sein, wobei der erste und der zweite Befestigungsteil 22a, b als zwei separate Einzelteile ausgebildet sind, welche in axialer Richtung in Bezug auf die Sensorachse S voneinander beabstandet und/oder voneinander getrennt sind.
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Dabei ist die Trennstelle zwischen den beiden Befestigungsteilen 22a, b vorzugsweise mittig der Befestigungseinrichtung 20 und/oder des Sensorelements 16 angeordnet.
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5a zeigt die Befestigungseinrichtung 20 mit dem Sensorelement 16 in einer Draufsicht und 5b in einem Querschnitt. Die Befestigungseinrichtung 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Befestigungsgehäuse ausgebildet, in welchen das Sensorelement 16 verliersicher aufgenommen ist. Hierzu weisen der erste und der zweite Befestigungsteil jeweils einen Aufnahmeabschnitt 23a, b auf, welche zur formschlüssigen Aufnahme des Sensorelements 16 in axialer Richtung in Bezug auf die Sensorachse S und in einer quer zur Sensorachse S gerichteten Querrichtung dienen. Beispielsweise bilden die beiden Aufnahmeabschnitte 23a, b gemeinsam eine Nut, in welche das Sensorelement 16 vollständig oder zumindest abschnittsweise aufgenommen ist. Dabei ist das Sensorelement 16 über einen Abstand A beabstandet zu dem belasteten Bauteil angeordnet, wobei der Abstand A mindestens einer Materialdicke der Befestigungsteile 22a, b in dem Bodenbereich entspricht.
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Das Sensorelement 16 kann beispielsweise stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig in den Aufnahmeabschnitten 23a, b aufgenommen sein. Beispielsweise kann das Sensorelement 16 hierzu seitlich und/oder an den axialen Stirnseiten in den Aufnahmeabschnitten 23a, b festgeklebt sein. Alternativ oder optional ergänzend kann das Sensorelement 16 über einen Presssitz seitlich und/oder an den axialen Stirnseiten in den Aufnahmeabschnitten 23a, b eingeklemmt sein. Alternativ oder optional ergänzend können die Befestigungsteile 22a, b, insbesondere im Bereich der Aufnahmeabschnitte 23a, b, derart umgeformt sein, sodass das Sensorelement 16 fest in der Nut gehalten und/oder gegen ein Herausfallen gesichert ist. Alternativ oder optional ergänzend weist die Befestigungseinrichtung 20 einen Deckelteil 22c auf, welcher die Aufnahmeabschnitte 23a, b abdeckt, sodass das Sensorelement 16 in den Aufnahmeabschnitten 23a, b formschlüssig gehalten ist. Beispielsweise kann der Deckelteil 22c stoff- und/oder kraftschlüssig, z.B. durch eine Schraubverbindung, an den beiden Befestigungsteilen 22a, b festgelegt sein.
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Insbesondere kann die Befestigungseinrichtung 20 unabhängig von dem Sensorelement 16 auf das zu belastende Bauteil befestigt werden bzw. vormontiert werden, wobei das Sensorelement anschließend einfach in die Aufnahmeabschnitte 23a, b eingesteckt werden kann. Besonders bei einer Schweiß- oder Lötverbindung der Befestigungseinrichtung 20 an dem Bauteil, wird somit das Sensorelement 16 bzw. das Magnetfeld M nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt, welche das Magnetfeld M negativ beeinflussen würden.
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Die 6a, b, c zeigen eine alternative Ausführung der Befestigungseinrichtung 20 mit dem Sensorelement 16. Dabei zeigt 6a eine Draufsicht, 6b einen Längsschnitt und 6c einen Querschnitt. In dieser Ausführung sind die beiden Befestigungsteile 22a, b jeweils als ein Befestigungssteg ausgebildet, welche in axialer Richtung in Bezug auf die Sensorachse S voneinander beabstandet stirnseitig an dem Sensorelement 16 angeordnet sein. Die beiden Befestigungsteile 22a, b weisen jeweils eine Befestigungsfläche 24a, b auf, wobei das Sensorelement 16 stirnseitig in der axialen Richtung an der einen Befestigungsfläche 24a und in der axialen Gegenrichtung an der anderen Befestigungsfläche 24b befestigt ist. Beispielsweise kann das Sensorelement 16 stoffschlüssig, beispielsweise über eine Klebe-, Löt- oder Schweißverbindung an den Befestigungsflächen 24a, b montiert sein. Je nach Bedarf kann das Sensorelement 16 in einem beliebigen Abstand A zwischen den beiden Befestigungsflächen 24a, b positioniert und anschließend mit den Befestigungsteilen 22a, b verbunden werden.
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Die 7a, b, c zeigen eine weitere alternative Ausführung der Befestigungseinrichtung 20 mit dem Sensorelement 16. Dabei zeigt 7a eine Draufsicht, 7b einen Längsschnitt und 7c einen Querschnitt. In dieser Ausführung sind die beiden Befestigungsteile 22a, b ebenfalls als die Befestigungsstege ausgebildet, wobei die Befestigungsteile 22a, b zusätzlich jeweils eine Befestigungskontur 25a, b aufweisen, welche mit einer Gegenkontur 26 des Sensorelements 16 formschlüssig in Eingriff steht. Hierzu weist das Sensorelement 16 den hohlförmigen Grundkörper 18 auf, wobei die Gegenkontur 26 durch den freien Öffnungsquerschnitt des hohlförmigen Grundkörpers 18 gebildet ist. Die Befestigungsteile 22a, b sind mit ihrer Befestigungskontur 25a, b endseitig in die Gegenkontur 26 des Sensorelements 16 eingesteckt. Die Befestigungskonturen 25a, b sind jeweils als ein Ansatz ausgebildet, welcher sich in axialer Richtung an die jeweilige Befestigungsfläche 24a, b anschließt und komplementär zu dem freien Öffnungsquerschnitt des Sensorelements 16 bzw. der Gegenkontur 26 ist. Somit ist das Sensorelement 16 in axialer Richtung und in Querrichtung in Bezug auf die Sensorachse S formschlüssig durch die Befestigungsteile 22a, b in einem festgelegten Abstand A zu dem Bauteil gehalten. Beispielsweise können die Befestigungskonturen 25a, b zusätzlich stoff- und/oder kraftschlüssig in der Gegenkontur 26 gehalten sein.
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Die 8a, b zeigen eine weitere alternative Ausführung der Befestigungseinrichtung 20 mit dem Sensorelement 16. Dabei zeigt 8a eine Draufsicht und 8b eine Seitenansicht. In dieser Ausführung sind die beiden Befestigungsteile 22a, b als Befestigungsstreifen ausgebildet, welche über die Stoffschlussverbindung 21 an dem belasteten Bauteil befestigt sind. Das Sensorelement 16 kann über die Befestigungsstreifen unmittelbar an dem Bauteil, insbesondere mit direktem Kontakt zu dem Bauteil, befestigt sein. Beispielsweise ist das Sensorelement 16 in axialer Richtung in Bezug auf die Sensorachse S stoff-, form- und/oder kraftschlüssig zwischen den Befestigungsstreifen gehalten. Somit kann ein besonders flacher und bauraumsparender Aufbau umgesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Antriebsvorrichtung
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4a
- Rotor
- 4b
- Stator
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Getriebegehäuse
- 7a,b,c
- Getriebeabschnitte
- 8
- Zwischenwelle
- 9a,b
- Getrieberäder
- 10a,b
- Abtriebswellen
- 11
- Sensorvorrichtung
- 12
- Wellenanordnung
- 13
- Welle
- 14
- Maschinenelement
- 15a
- Primärsensorabschnitt
- 15b
- Sekundärsensorabschnitt
- 16
- Sensorelement
- 17
- Magnetbereich
- 18
- Grundkörper
- 19a,b
- Magnetspuren
- 20
- Befestigungseinrichtung
- 21
- Stoffschlussverbindung
- 22a,b
- Befestigungsteile
- 23a,b
- Aufnahmeabschnitt
- 24a,b
- Befestigungsfläche
- 25a,b
- Befestigungskontur
- 26
- Gegenkontur
- A
- Abstand
- B
- Bauteilachse
- S
- Sensorachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017200528 A1 [0003]
