DE102021120525A1 - sensor arrangement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1) zur kontaktlosen Messung von Normal- und Schubspannungen in einem Bauteil (2), umfassend einen ersten sich entlang einer ersten Längsachse (3) erstreckenden Magnetkern (4), einen zweiten sich entlang einer zweiten Längsachse (5) Magnetkern (6) und einen dritten sich entlang einer dritten Längsachse (7) erstreckenden Magnetkern (8), wobei die erste Längsachse (3), die zweite Längsachse (5) und die dritte Längsachse (7) parallel zueinander verlaufen, wobei der erste Magnetkern (4) ein orthogonal zu diesem verlaufendes erstes Flussleitelement (9) aufweist, und der zweite Magnetkern (6) ein orthogonal zu diesem verlaufendes zweites Flussleitelement (10) aufweist und der dritte Magnetkern (8) ein orthogonal zu diesem verlaufendes drittes Flussleitelement (11) aufweist, wobei der erste Magnetkern (4) von einer ersten Empfangsspule (13) umwickelt ist, der zweite Magnetkern (6) von einer zweiten Empfangsspule (14) umwickelt ist, und der dritte Magnetkern (8) von einer dritten Empfangsspule (15) umwickelt ist, wobei innerhalb des durch die Magnetkerne (4,6,8) definierten Raums (16) eine mit Wechselstrom bestrombare Sendespule (17) angeordnet ist, wobei die Längsachsen (3,5,7) der Magnetkerne (4,6,8) in Winkeln (18,19) so zueinander angeordnet sind, dass die Flussleitelemente (9,10,11) nicht parallel zueinander verlaufen.The invention relates to a sensor arrangement (1) for the contactless measurement of normal and shear stresses in a component (2), comprising a first magnetic core (4) extending along a first longitudinal axis (3), a second magnetic core (4) extending along a second longitudinal axis (5) Magnetic core (6) and a third magnetic core (8) extending along a third longitudinal axis (7), the first longitudinal axis (3), the second longitudinal axis (5) and the third longitudinal axis (7) running parallel to one another, the first magnetic core (4) has a first flux-guiding element (9) running orthogonally thereto, and the second magnet core (6) has a second flux-guiding element (10) running orthogonally thereto and the third magnet core (8) has a third flux-guiding element (11) running orthogonally thereto having, wherein the first magnetic core (4) is wound by a first receiving coil (13), the second magnetic core (6) is wound by a second receiving coil (14), and the third Ma magnet core (8) is wound by a third receiving coil (15), with a transmitting coil (17) that can be energized with alternating current being arranged within the space (16) defined by the magnetic cores (4,6,8), with the longitudinal axes (3,5 ,7) the magnetic cores (4,6,8) are arranged at angles (18,19) to one another in such a way that the flux guide elements (9,10,11) do not run parallel to one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur kontaktlosen Messung von Normal- und Schubspannungen in einem Bauteil, umfassend einen ersten sich entlang einer ersten Längsachse erstreckenden Magnetkern, der von einer ersten Empfangsspule umwickelt ist, einen zweiten sich entlang einer zweiten Längsachse erstreckenden Magnetkern, der von einer zweiten Empfangsspule umwickelt ist, und einen dritten sich entlang einer dritten Längsachse erstreckenden Magnetkern, der von einer dritten Empfangsspule umwickelt ist, wobei der erste Magnetkern mit einem sich linearerstreckenden ersten Flussleitelement verbunden ist, und der zweite Magnetkern mit einem zweiten Flussleitelement verbunden ist und der dritte Magnetkern mit einem sich linearerstreckenden dritten Flussleitelement verbunden ist, wobei das erste Flussleitelement, das zweite Flussleitelement und das dritte Flussleitelement sich in einem gemeinsamen Sternpunkt schneiden, und wobei innerhalb des durch die Magnetkerne definierten Raums eine mit Wechselstrom bestrombare Sendespule angeordnet ist.The present invention relates to a sensor arrangement for the contactless measurement of normal and shear stresses in a component, comprising a first magnetic core extending along a first longitudinal axis, around which a first receiver coil is wound, a second magnetic core extending along a second longitudinal axis, which is surrounded by a second receiving coil, and a third magnetic core extending along a third longitudinal axis, around which a third receiving coil is wound, the first magnetic core being connected to a linearly extending first flux-guiding element, and the second magnetic core being connected to a second flux-guiding element and the third Magnetic core is connected to a linearly extending third flux guide, wherein the first flux guide, the second flux guide and the third flux guide intersect at a common star point, and wherein within the defined by the magnetic cores erten Raum a currentable with alternating current transmitting coil is arranged.

Magnetostriktive Messverfahren zur kontaktlosen Bestimmung von Normal- oder Schubspannungen in einem Bauteil sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sind „passive“ magnetostriktive Messverfahren bekannt, bei denen ein Bauteil permanent magnetisiert und anschließend das lastabhängige äußere Magnetfeld gemessen wird. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass spezielle Werkstoffe mit spezieller Wärmebehandlung erforderlich sind, wodurch der Messaufbau vergleichsweise teuer wird.Magnetostrictive measurement methods for the non-contact determination of normal or shear stresses in a component are basically known from the prior art. For example, "passive" magnetostrictive measuring methods are known in which a component is permanently magnetized and the load-dependent external magnetic field is then measured. A major disadvantage of this method is that special materials with special heat treatment are required, which makes the measurement setup comparatively expensive.

Darüber hinaus sind auch sogenannte „aktive“ magnetostriktive Messanordnungen bekannt, mit denen Normal- oder Schubspannungen in einen Bauteil ermittelt werden können. Diese nutzten den Effekt, dass sich die magnetische Permeabilität eines Materials lastabhängig ändert. Um die magnetische Permeabilität, oder genauer die Suszeptibilität, zu messen, ist keine Permanentmagnetisierung des Bauteils erforderlich, wodurch preisgünstigere Werkstoffe und eine kostengünstigere Wärmebehandlung verwendet werden können.In addition, so-called "active" magnetostrictive measuring arrangements are also known, with which normal or shear stresses in a component can be determined. These used the effect that the magnetic permeability of a material changes depending on the load. Measuring magnetic permeability, or more specifically susceptibility, does not require the device to be permanently magnetized, allowing the use of less expensive materials and heat treatment.

Beim aktiven Verfahren werden außerhalb des Bauteils Magnetkerne so platziert, dass diese zusammen mit dem Bauteil einen magnetischen Kreis bilden. Auf die Magnetkerne sind Spulen gewickelt. Ein Strom i durch eine sog. Sendespule bewirkt im Bauteil ein magnetisches Wechselfeld, das in einer oder mehreren Empfangsspulen eine permeabilitäts- und damit lastabhängige elektrische Spannung U induziert. Weitere Einflussgrößen auf die in dem Empfangsspulen induzierte Spannung sind beispielsweise Eigenschaften der übrigen Komponenten des Magnetkreises, insbesondere Luftspalte. Bei einer Messung wird entweder die Spannung oder der Strom fest eingestellt, während die jeweils andere Größe gemessen wird.In the active process, magnetic cores are placed outside the component in such a way that they form a magnetic circuit together with the component. Coils are wound on the magnetic cores. A current i through a so-called transmitter coil causes an alternating magnetic field in the component, which induces a permeability- and thus load-dependent electrical voltage U in one or more receiver coils. Other variables influencing the voltage induced in the receiving coil are, for example, properties of the other components of the magnetic circuit, in particular air gaps. During a measurement, either the voltage or the current is fixed while the other variable is measured.

Zur Messung der an einem Bauteil wirkenden Drehmomente, sind bereits verschiedene magnetostriktive Messverfahren bekannt, die nachfolgend kurz erläutert werden.Various magnetostrictive measuring methods are already known for measuring the torques acting on a component, which are briefly explained below.

DE102018221206 zeigt beispielsweise eine aktive magnetostrikive Messanordnung in einem sogenannten Branch Design. Hierbei wird mit Hilfe einer Sendespule und einem verzweigten Magnetkern Magnetfelder in ±45° Richtung erzeugt und die induzierte Spannung in zwei oder vier Empfangsspulen gemessen. DE102018221206 shows, for example, an active magnetostrictive measuring arrangement in a so-called branch design. With the help of a transmitter coil and a branched magnetic core, magnetic fields are generated in a ±45° direction and the induced voltage is measured in two or four receiver coils.

Als eine weitere Konfigurationsmöglichkeit einer magnetostriktiven Messanordnung ist das sogenannte Cross Design bekannt, wie es beispielsweise in der US 4 939 937 offenbart ist. Hier werden zwei voneinander getrennte Magnetkerne in 0° und 90° Richtung verwendet. Auf einem Kern befindet sich die Sendespule, auf dem anderen die Empfangsspule. Im unbelasteten Fall ist die induzierte Spannung in der Empfangsspule gleich Null. Liegt jedoch eine Schubspannung an, wird das Magnetfeld im Bauteil so „verbogen“, dass in der Empfangsspule eine Spannung induziert wird.As a further configuration option for a magnetostrictive measuring arrangement, the so-called cross design is known, as is the case, for example, in U.S. 4,939,937 is revealed. Two separate magnetic cores are used here in 0° and 90° directions. The transmitting coil is on one core and the receiving coil is on the other. In the unloaded case, the induced voltage in the receiving coil is zero. However, if there is a shear stress, the magnetic field in the component is "bent" in such a way that a voltage is induced in the receiving coil.

Schließlich ist auch eine magnetostriktive Messanordnung in einem sogenannten Solenodial Design bekannt, wie es auch in der DE 39 40 220 beschrieben ist. Hier weist die Welle, an der eine Drehmomentmessung erfolgen soll, Elemente auf, die das Magnetfeld in ±45°-Richtung lenken. Dies können z.B. Nuten im Material oder Beschichtungen an bzw. auf der Welle sein. Infolge der in der ±45° Richtung vorhandenen Hauptnormalspannungen ändert sich die Permeabilität in diesen Richtungen, was eine Änderung der Amplituden der in den Empfangsspulen induzierten Spannungen hervorruft.Finally, a magnetostrictive measuring arrangement in a so-called Solenodial design is also known, as is also the case in DE 39 40 220 is described. Here, the shaft on which a torque measurement is to take place has elements that steer the magnetic field in a ±45° direction. This can be, for example, grooves in the material or coatings on or on the shaft. As a result of the principal normal stresses present in the ±45° direction, the permeability changes in these directions, causing a change in the amplitudes of the voltages induced in the receiving coils.

Es sind ferner Methoden und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt, welche eine Messung von Zug- und Druckkräften an bzw. in Bauteilen mittels magnetostriktiven Sensoren und Verfahren erlauben.Methods and devices are also known from the prior art which allow tensile and compressive forces to be measured on or in components using magnetostrictive sensors and methods.

Beispielsweise beschreibt A. Bienkowski, R. Szewczyk, „The possibility of utilizing the high permeability magnetic materials in construction of magnetoelastic stress and force sensors“, Sensors and Actuators A 113 (2004) Seite 270-276, ein magnetostriktives Verfahren bei dem die Permeabilitätsänderung des mit Normalspannungen beaufschlagten Bauteils mit Sende- und Empfangsspulen ermittelt wird, die um das belastete Bauteil gewickelt sind.For example, A. Bienkowski, R. Szewczyk, "The possibility of utilizing the high permeability magnetic materials in construction of magnetoelastic stress and force sensors", Sensors and Actuators A 113 (2004) page 270-276, describes a magnetostrictive method in which the permeability change of the one subjected to normal stresses component is determined with transmitting and receiving coils that are wound around the loaded component.

Ferner ist ein unter dem Markennamen „Pressductor“ von der Fa. ABB vertriebener magnetostriktiver Sensor bekannt, bei dem eine Sende- und eine Empfangsspule in ±45°-Richtung zur zu messenden Kraft angeordnet ist.Also known is a magnetostrictive sensor marketed by ABB under the brand name “Pressductor”, in which a transmitting coil and a receiving coil are arranged in a ±45° direction to the force to be measured.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine aktive magnetostriktive Sensoranordnung bereitzustellen, die eine Messung der Normal- wie auch Schubspannungen innerhalb eines Bauteils bei möglichst kompakter sowie kostengünstiger Ausführung zu bestimmen.The object of the invention is to provide an active magnetostrictive sensor arrangement that determines a measurement of the normal and shear stresses within a component with the most compact and cost-effective design possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Sensoranordnung zur kontaktlosen Messung von Normal- und Schubspannungen in einem Bauteil, umfassend einen ersten sich entlang einer ersten Längsachse erstreckenden Magnetkern, der von einer ersten Empfangsspule umwickelt ist, einen zweiten sich entlang einer zweiten Längsachse erstreckenden Magnetkern, der von einer zweiten Empfangsspule umwickelt ist, und einen dritten sich entlang einer dritten Längsachse erstreckenden Magnetkern, der von einer dritten Empfangsspule umwickelt ist, wobei der erste Magnetkern mit einem ersten Flussleitelement verbunden ist, und der zweite Magnetkern mit einem sich linearerstreckenden zweiten Flussleitelement verbunden ist und der dritte Magnetkern mit einem sich linearerstreckenden dritten Flussleitelement verbunden ist, wobei das erste Flussleitelement, das zweite Flussleitelement und das dritte Flussleitelement sich in einem gemeinsamen Sternpunkt schneiden, und wobei innerhalb des durch die Magnetkerne definierten Raums eine mit Wechselstrom bestrombare Sendespule angeordnet ist, wobei die Längsachsen der Magnetkerne in Winkeln so zueinander angeordnet sind, dass die Flussleitelemente nicht parallel zueinander verlaufen.This object is achieved by a sensor arrangement for the contactless measurement of normal and shear stresses in a component, comprising a first magnetic core extending along a first longitudinal axis, around which a first receiver coil is wound, a second magnetic core extending along a second longitudinal axis, which is surrounded by a second receiving coil, and a third magnetic core extending along a third longitudinal axis, around which a third receiving coil is wound, the first magnetic core being connected to a first flux-guiding element, and the second magnetic core being connected to a linearly extending second flux-guiding element and the third Magnetic core is connected to a linearly extending third flux guide, wherein the first flux guide, the second flux guide and the third flux guide intersect at a common star point, and wherein within the defined by the magnetic cores Ra is arranged around a transmitting coil that can be energized with alternating current, the longitudinal axes of the magnetic cores being arranged at angles to one another in such a way that the flux-guiding elements do not run parallel to one another.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Sensoranordnung lassen sich sowohl Normal- als auch Schubspannungen eines ebenen Spannungszustandes in einem Bauteil ermitteln. Durch die Verwendung von lediglich drei Messspulen, kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung besonders kostengünstig hergestellt werden.With the help of the sensor arrangement according to the invention, both normal and shear stresses of a plane stress state in a component can be determined. By using only three measuring coils, the sensor arrangement according to the invention can be manufactured particularly cost-effectively.

Mithilfe der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann beispielsweise eine Torsions- und Biegebelastung an einer Welle, beispielsweise innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, ermittelt werden.The sensor arrangement according to the invention can be used, for example, to determine a torsional and bending load on a shaft, for example within a drive train of a motor vehicle.

Erfindungsgemäß ist innerhalb des durch die Magnetkerne definierten Raums eine mit Wechselstrom bestrombare Sendespule angeordnet. Die Sendespule kann insbesondere auch eine der Empfangsspulen umwickeln.According to the invention, a transmitting coil that can be energized with alternating current is arranged within the space defined by the magnetic cores. In particular, the transmission coil can also wrap around one of the reception coils.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Sensoranordnung so weiterzuentwickeln, dass die erste Längsachse, die zweite Längsachse und die dritte Längsachse parallel zueinander verlaufen und wobei der erste Magnetkern orthogonal zu dem ersten Flussleitelement verläuft, und der zweite Magnetkern orthogonal zu dem zweiten Flussleitelement verläuft, und der dritte Magnetkern orthogonal zu dem dritten Flussleitelement verläuft.It has proven to be particularly advantageous to further develop the sensor arrangement in such a way that the first longitudinal axis, the second longitudinal axis and the third longitudinal axis run parallel to one another and the first magnetic core runs orthogonally to the first flux-guiding element, and the second magnetic core runs orthogonally to the second flux-guiding element , and the third magnetic core is orthogonal to the third flux guide.

Ferner kann es bevorzugt sein, dass ein erster Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der zweiten Längsachse des zweiten Magnetkerns außerhalb eines Winkelbereichs von 80-100° liegt und/oder ein zweiter Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der dritten Längsachse des dritten Magnetkerns außerhalb eines Winkelbereichs von 80-100° liegt.. Auch kann es bevorzugt sein, dass ein erster Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der zweiten Längsachse des zweiten Magnetkerns außerhalb eines Winkelbereichs von 1-5° liegt und/oder ein zweiter Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der dritten Längsachse des dritten Magnetkerns außerhalb eines Winkelbereichs von 1-5° liegt.. Die Erfindungsgemäße Sensoranordnung kann ihre vorteilhaften Wirkungen hinsichtlich einer kombinierten Torsions- und Biegespannungsbestimmung besonders gut bei Anordnungen der Magnetkerne bereitstellen, die sich in einem hinreichenden Maße von einer konventionellen rechtwinkligen, kreuzartigen Anordnung abheben.Furthermore, it can be preferred that a first angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the second longitudinal axis of the second magnetic core is outside an angular range of 80-100° and/or a second angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the third longitudinal axis of the third magnetic core is outside an angular range of 80-100°. It can also be preferred that a first angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the second longitudinal axis of the second magnetic core is outside an angular range of 1-5° and/or a second angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the third longitudinal axis of the third magnetic core is outside an angular range of 1-5°. in one reaching dimensions stand out from a conventional rectangular, cross-like arrangement.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erster Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der zweiten Längsachse des zweiten Magnetkerns 90° beträgt und ein zweiter Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der dritten Längsachse des dritten Magnetkerns 135° beträgt.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that a first angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the second longitudinal axis of the second magnetic core is 90° and a second angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the third longitudinal axis of the third magnetic core is 135 ° is.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass ein erster Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der zweiten Längsachse des zweiten Magnetkerns 120° beträgt und ein zweiter Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der dritten Längsachse des dritten Magnetkerns 120° beträgt.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that a first angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the second longitudinal axis of the second magnetic core is 120° and a second angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the third longitudinal axis of the third magnetic core is 120°.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein erster Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der zweiten Längsachse des zweiten Magnetkerns 150° beträgt und ein zweiter Winkel zwischen der ersten Längsachse des ersten Magnetkerns und der dritten Längsachse des dritten Magnetkerns 150° beträgt.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that a first angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the second longitudinal axis of the second magnetic core is 150° and a second angle between the first longitudinal axis of the first magnetic core and the third longitudinal axis of the third magnetic core is 150°.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung eine Steuereinheit aufweist, welche mit der Sendespule wechselstrombeaufschlagbar verbunden sowie mit den Empfängerspulen elektrisch verbunden ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass die Sensoranordnung als ein eigenständiges Modul betrieben werden kann, dass es lediglich einer Strom- bzw. Spannungsversorgung bedarf.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, provision can be made for the sensor arrangement to have a control unit which is connected to the transmitting coil so that it can be charged with alternating current and is electrically connected to the receiving coils. In this way, the effect can be achieved in particular that the sensor arrangement can be operated as an independent module that only requires a current or voltage supply.

Eine Steuereinheit, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dient der insbesondere elektronischen Steuerung und/oder Reglung einer oder mehrerer erfindungsgemäßer Sensoranordnungen.A control unit, as used in the present invention, is used, in particular, for the electronic control and/or regulation of one or more sensor arrangements according to the invention.

Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher eines Kraftfahrzeugs.A control unit has in particular a wired or wireless signal input for receiving electrical signals, in particular, such as sensor signals. Furthermore, a control unit likewise preferably has a wired or wireless signal output for the transmission of, in particular, electrical signals, for example to electrical actuators or electrical consumers of a motor vehicle.

Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.Control operations and/or regulation operations can be carried out within the control unit. It is particularly preferred that the control unit includes hardware that is designed to run software. The control unit preferably comprises at least one electronic processor for executing program sequences defined in software.

Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signale enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.The control unit can also have one or more electronic memories in which the data contained in the signals transmitted to the control unit can be stored and read out again. Furthermore, the control unit can have one or more electronic memories in which data can be stored in a changeable and/or unchangeable manner.

Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.A control unit can include a plurality of control devices, which are arranged in particular spatially separated from one another in the motor vehicle. Control units are also referred to as electronic control units (ECU) or electronic control modules (ECM) and preferably have electronic microcontrollers for carrying out computing operations for processing data, particularly preferably using software. The control devices can preferably be networked with one another, so that a wired and/or wireless data exchange between control devices is made possible. In particular, it is also possible to network the control units with one another via bus systems present in the motor vehicle, such as a CAN bus or LIN bus.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Sendespule sich parallel zu den Magnetkernen in einer Achse durch den Sternpunkt erstreckt, wodurch ein besonders kompakter Aufbau der Sensoreinrichtung gefördert werden kann.Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the transmission coil extends parallel to the magnetic cores in an axis through the star point, as a result of which a particularly compact design of the sensor device can be promoted.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit einen Prozessor und einen Speicher umfasst, die eingerichtet sind, eine erste Normalspannung σ_x nach folgender Funktion zu bestimmen $${\sigma }_x=\frac{1}{\alpha }\cdot \left(2\cdot \frac{U_1}{U_{10}}+\frac{U_2}{U_{20}}-3\right)$$

und/oder eine zweite Normalspannung σ_y nach folgender Funktion zu bestimmen $${\sigma }_y=\frac{1}{\alpha }\cdot \left(2\cdot \frac{U_2}{U_{20}}+\frac{U_1}{U_{10}}-3\right)$$

und/oder eine erste Schubspannung ┬ nach folgender Funktion zu bestimmen $$\tau =\frac{1}{\alpha }\cdot \left(\frac{U_3}{U_{30}}-\frac{1}{2}\left(\frac{U_1}{U10}+\frac{U_2}{U_{20}}\right)\right)$$

Hierbei sind U₁, U₂, U₃ jeweils eine aktuell an einer der Empfängerspulen gemessene Spannung und U₁₀, U₂₀, U₃₀ entsprechen den Amplituden der Spannungen in den Empfangsspulen im unbelasteten Zustand des Bauteils. α ist ein konstanter werkstoffabhängiger Faktor.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the control unit comprises a processor and a memory which are set up to determine a first normal stress σ _x according to the following function $${\sigma }_x=\frac{1}{a}\cdot \left(2\cdot \frac{u_1}{u_{10}}+\frac{u_2}{u_{20}}-3\right)$$

and/or to determine a second normal stress σ _y according to the following function $${\sigma }_y=\frac{1}{a}\cdot \left(2\cdot \frac{u_2}{u_{20}}+\frac{u_1}{u_{10}}-3\right)$$

and/or to determine a first shear stress ┬ according to the following function $$\tau =\frac{1}{a}\cdot \left(\frac{u_3}{u_{30}}-\frac{1}{2}\left(\frac{u_1}{u10}+\frac{u_2}{u_{20}}\right)\right)$$

Here U ₁ , U ₂ , U ₃ are each a voltage currently measured at one of the receiver coils and U ₁₀ , U ₂₀ , U ₃₀ correspond to the amplitudes of the voltages in the receiver coils in the unloaded state of the component. α is a constant material-dependent factor.

Hierdurch kann eine besonders einfache und genaue zeitgleiche Ermittlung von Normalspannungen und einer Schubspannung in einem Bauteil durch die Steuereinheit ermittelt werden. Da die Berechnung einfach ist, kann diese auch ohne zu große Anforderungen an die Prozessorleistung in Echtzeit ausgeführt werden, wodurch auch eine besonders kostengünstige Ausbildung der Sensoranordnung ermöglicht wird.As a result, normal stresses and a shear stress in a component can be determined simultaneously in a particularly simple and precise manner by the control unit. Since the calculation is simple, it can also be carried out in real time without too great a demand on processor performance, which also enables a particularly cost-effective design of the sensor arrangement.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Steuereinheit einen Signalausgang umfasst, über den ein die erste Normalspannung σ_x repräsentierendes Signal und/oder die zweite Normalspannung σ_y repräsentierendes Signal und/oder die erste Schubspannung τ repräsentierendes Signal abgegriffen werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein oder mehrere Stecker oder Buchsen vorgesehen sein, die eine einfache und sichere elektrische Verbindung zur Signalweiterleitung aus der Steuereinheit bereitstellen.It can also be advantageous to further develop the invention such that the control unit includes a signal output via which a signal representing the first normal stress σ _x and/or the second normal stress σ _y and/or the first shear stress τ can be tapped can. For this purpose, for example, one or more plugs or sockets can be provided, which provide a simple and secure electrical connection for signal transmission from the control unit.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Bauteil eine Welle ist, für welche sich die Sensoranordnung als besonders geeignet herausgestellt hat, insbesondere für schnell drehende Wellen.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the component is a shaft, for which the sensor arrangement has proven to be particularly suitable, in particular for rapidly rotating shafts.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Sensoranordnung in einem Gehäuse aufgenommen ist, so dass die Sensoranordnung als Modulbauteil an einem Bauteil angeordnet werden kann. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.Finally, the invention can also be implemented in an advantageous manner such that the sensor arrangement is accommodated in a housing, so that the sensor arrangement can be arranged as a modular component on a component. The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.

Es zeigt:

• 1 eine Sensoranordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
• 2 eine erste Ausführungsform einer Sensoranordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
• 3 eine zweite Ausführungsform einer Sensoranordnung in einem schematischen Blockschaltbild, und
• 4 eine dritte Ausführungsform einer Sensoranordnung in einem schematischen Blockschaltbild.

It shows:

• 1 a sensor arrangement in a schematic block diagram,
• 2 a first embodiment of a sensor arrangement in a schematic block diagram,
• 3 a second embodiment of a sensor arrangement in a schematic block diagram, and
• 4 a third embodiment of a sensor arrangement in a schematic block diagram.

Die 1 zeigt eine Sensoranordnung 1 zur kontaktlosen Messung von Normal- und Schubspannungen in einem Bauteil 2. Das Bauteil 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Welle.The 1 shows a sensor arrangement 1 for contactless measurement of normal and shear stresses in a component 2. In the exemplary embodiment shown, component 2 is a shaft.

Die Sensoranordnung 1 umfasst einen ersten sich entlang einer ersten Längsachse 3 erstreckenden Magnetkern 4, einen zweiten sich entlang einer zweiten Längsachse 5 Magnetkern 6 und einen dritten sich entlang einer dritten Längsachse 7 erstreckenden Magnetkern 8. Die Magnetkerne 4,6,8 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils stabförmig mit einem im Wesentlichen identischen rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Die erste Längsachse 3, die zweite Längsachse 5 und die dritte Längsachse 7 verlaufen parallel zueinander.The sensor arrangement 1 comprises a first magnetic core 4 extending along a first longitudinal axis 3, a second magnetic core 6 extending along a second longitudinal axis 5 and a third magnetic core 8 extending along a third longitudinal axis 7. The magnetic cores 4,6,8 are shown in FIG Embodiment each rod-shaped with a substantially identical rectangular cross section. The first longitudinal axis 3, the second longitudinal axis 5 and the third longitudinal axis 7 run parallel to one another.

Der erste Magnetkern 4 weist ein orthogonal zu diesem verlaufendes sich linearerstreckendes erstes Flussleitelement 9 auf. Analog hierzu besitzen der zweite Magnetkern 6 ein orthogonal zu diesem verlaufendes sich linearerstreckendes zweites Flussleitelement 10 und der dritte Magnetkern 8 ein orthogonal zu diesem verlaufendes sich linearerstreckendes drittes Flussleitelement 11. Die Flussleitelemente 9,10,11 sind wie die Magnetkerne 4,5,6 stabförmig mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. The first magnet core 4 has a linearly extending first flux guide element 9 running orthogonally to it. Analogous to this, the second magnetic core 6 has a second flux-guiding element 10 running linearly orthogonally to this, and the third magnetic core 8 has a third flux-guiding element 11 extending linearly orthogonally to this formed with a rectangular cross section.

Das erste Flussleitelement 9, das zweite Flussleitelement 10 und das dritte Flussleitelement 11 schneiden sich in einem gemeinsamen Sternpunkt 12. Hierdurch wird ein klauenartiges Bauteil aus den Magnetkernen 4,6,8 und den Flussleitelementen 9,10,11 geschaffen. In der gezeigten Ausführungsform ist das klauenartige Bauteil aus den Magnetkernen 4,6,8 und den Flussleitelementen 9,10,11 monolithisch ausgebildet.The first flux-guiding element 9, the second flux-guiding element 10 and the third flux-guiding element 11 intersect at a common star point 12. This creates a claw-like component from the magnetic cores 4,6,8 and the flux-guiding elements 9,10,11. In the embodiment shown, the claw-like component from the magnetic cores 4,6,8 and the flux-guiding elements 9,10,11 is monolithic.

Der erste Magnetkern 4 ist von einer ersten Empfangsspule 13, der zweite Magnetkern 6 von einer zweiten Empfangsspule 14 und der dritte Magnetkern 8 von einer dritten Empfangsspule 15 umwickelt. Innerhalb des durch die Magnetkerne 4,6,8 definierten Raums 16 ist eine mit Wechselstrom bestrombare Sendespule 17 angeordnet. Die Sendespule 17 erstreckt sich parallel zu den Magnetkernen 4,6,8 und deren Empfängerspulen 13,14,15 in einer Achse 22 durch den Sternpunkt 12.A first receiving coil 13 is wound around the first magnetic core 4 , a second receiving coil 14 is wound around the second magnetic core 6 , and a third receiving coil 15 is wound around the third magnetic core 8 . Within the space 16 defined by the magnetic cores 4,6,8, a transmitting coil 17 that can be energized with alternating current is arranged. The transmitter coil 17 extends parallel to the magnetic cores 4,6,8 and their receiver coils 13,14,15 in an axis 22 through the star point 12.

Man erkennt anhand der Darstellung der 1 gut, dass die Längsachsen 3,5,7 der Magnetkerne 4,6,8 in Winkeln 18,19 so zueinander angeordnet sind, dass die Flussleitelemente 9,10,11 nicht parallel zueinander verlaufen.It can be seen from the representation of 1 It is good that the longitudinal axes 3,5,7 of the magnetic cores 4,6,8 are arranged at angles 18,19 to one another in such a way that the flux-guiding elements 9,10,11 do not run parallel to one another.

Die Permeabilität des Bauteils 2 wird somit von der beschriebenen Sensoranordnung 1 in drei Richtungen (0°, erste Winkel 18, zweiter Winkel 19) durch drei Magnetkerne 4,6,8 mit drei Empfangsspulen 13,14,15 gemessen. Ausgangssignale sind hierbei die Amplituden U₁-U₃ der drei Spannungen, die infolge der Wechselstrom-Beaufschlagung der Sendespule 17 in den Empfangsspulen 13,14,15 induziert werden. Diese Ausgangssignale sind in den 2-4 durch die entsprechenden gepunkteten Linien angedeutet. Somit stehen drei Messwerte zur Verfügung, um die drei mechanischen Spannungen σ_x, σ_y und τ zu ermitteln. Die Ausrichtung des ersten Magnetkerns 4 zur x-Richtung ist nur zur Vereinfachung der Berechnung gewählt worden. Der erste Magnetkern 4 kann grundsätzlich beliebig zur x-Achse ausgerichtet sein.The permeability of the component 2 is thus measured by the described sensor arrangement 1 in three directions (0°, first angle 18, second angle 19) through three magnetic cores 4,6,8 with three receiving coils 13,14,15. The output signals here are the amplitudes U ₁ -U ₃ of the three voltages that are induced in the receiving coils 13, 14, 15 as a result of the alternating current applied to the transmitting coil 17. These output signals are in the 2-4 indicated by the corresponding dotted lines. Thus, three measured values are available to determine the three mechanical stresses σ _x , σ _y and τ. The alignment of the first magnet core 4 with respect to the x-direction was only chosen to simplify the calculation. In principle, the first magnetic core 4 can be oriented in any way with respect to the x-axis.

In den 2-4 sind verschiedene mögliche Winkelkonfigurationen gezeigt und werden nachstehend kurz erläutert.In the 2-4 Various possible angle configurations are shown and briefly explained below.

Aus der 2 ist eine Sensoranordnung 1 entnehmbar, bei der ein erster Winkel 18 zwischen der ersten Längsachse 3 des ersten Magnetkerns 4 und der zweiten Längsachse 5 des zweiten Magnetkerns 6 90° beträgt und ein zweiter Winkel 19 zwischen der ersten Längsachse 3 des ersten Magnetkerns 4 und der dritten Längsachse 7 des dritten Magnetkerns 8 135° beträgt.From the 2 A sensor arrangement 1 can be removed, in which a first angle 18 between the first longitudinal axis 3 of the first magnetic core 4 and the second longitudinal axis 5 of the second magnetic core 6 is 90° and a second angle 19 is between rule of the first longitudinal axis 3 of the first magnetic core 4 and the third longitudinal axis 7 of the third magnetic core 8 is 135 °.

In der in 2 gezeigten Ausführungsform der Sensoranordnung 1 stehen somit zwei Magnetkerne 4,6 senkrecht zueinander und der dritte Magnetkern 8 ist um 135° zum ersten Magnetkern 4 verdreht angeordnet. Die Lage des xy-Koordinatensystems kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 liegt der erste Magnetkern 4 parallel zur x-Achse. Damit ergeben sich an den Empfängerspulen 4,6,8 die folgenden Spannungen U₁,U₂,U₃: $$U_1=U_{10}\cdot \left(1+\frac{2}{3}\alpha \cdot {\sigma }_x-\frac{1}{3}\alpha \cdot {\sigma }_y\right)$$

$$U_2=U_{20}\cdot \left(1+\frac{2}{3}\alpha \cdot {\sigma }_y-\frac{1}{3}\alpha \cdot {\sigma }_x\right)$$

$$U_3=U_{30}\cdot \left(1+\frac{\alpha }{6}\left({\sigma }_x+{\sigma }_y\right)+\alpha \cdot \tau \right)$$

in the in 2 In the embodiment of the sensor arrangement 1 shown, two magnetic cores 4 , 6 are perpendicular to one another and the third magnetic core 8 is arranged rotated by 135° with respect to the first magnetic core 4 . The position of the xy coordinate system can basically be chosen arbitrarily, in the embodiment shown 2 the first magnetic core 4 lies parallel to the x-axis. This results in the following voltages U ₁ , U ₂ , U ₃ at the receiver coils 4,6,8: $${\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="u"\; filenames="DE102021120525A1\_0013.png,DE102021120525A1\_0014.png"\; state="\{\{state\}\}">u</figure-callout>}}_1={\mathrm{<figure-callout\; id="10"\; label="u"\; filenames="DE102021120525A1\_0013.png,DE102021120525A1\_0014.png"\; state="\{\{state\}\}">u</figure-callout>}}_{10}\cdot \left(1+\frac{2}{3}a\cdot {\sigma }_x-\frac{1}{3}a\cdot {\sigma }_y\right)$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="u"\; filenames="DE102021120525A1\_0013.png,DE102021120525A1\_0014.png"\; state="\{\{state\}\}">u</figure-callout>}}_2=u_{20}\cdot \left(1+\frac{2}{3}a\cdot {\sigma }_y-\frac{1}{3}a\cdot {\sigma }_x\right)$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="3"\; label="u"\; filenames="DE102021120525A1\_0013.png"\; state="\{\{state\}\}">u</figure-callout>}}_3=u_{30}\cdot \left(1+\frac{a}{6}\left({\sigma }_x+{\sigma }_y\right)+a\cdot \tau \right)$$

Dabei sind U₁₀ - U₃₀ die Amplituden der Spannungen in den Empfangsspulen im unbelasteten Zustand und α ist ein konstanter werkstoffabhängiger Faktor. Dann lassen sich die Komponenten des ebenen Spannungszustandes durch $${\sigma }_x=\frac{1}{\alpha }\cdot \left(2\cdot \frac{U_1}{U_{10}}+\frac{U_2}{U_{20}}-3\right)$$

$${\sigma }_y=\frac{1}{\alpha }\cdot \left(2\cdot \frac{U_2}{U_{20}}+\frac{U_1}{U_{10}}-3\right)$$

$$\tau =\frac{1}{\alpha }\cdot \left(\frac{U_3}{U_{30}}-\frac{1}{2}\left(\frac{U_1}{U_{10}}+\frac{U_2}{U_{20}}\right)\right)$$

ermitteln.U ₁₀ - U ₃₀ are the amplitudes of the voltages in the receiving coils in the unloaded state and α is a constant material-dependent factor. Then the components of the plane stress state can be passed $${\sigma }_x=\frac{1}{a}\cdot \left(2\cdot \frac{u_1}{{\mathrm{<figure-callout\; id="10"\; label="u"\; filenames="DE102021120525A1\_0013.png,DE102021120525A1\_0014.png"\; state="\{\{state\}\}">u</figure-callout>}}_{10}}+\frac{u_2}{u_{20}}-3\right)$$

$${\sigma }_y=\frac{1}{a}\cdot \left(2\cdot \frac{u_2}{u_{20}}+\frac{u_1}{{\mathrm{<figure-callout\; id="10"\; label="u"\; filenames="DE102021120525A1\_0013.png,DE102021120525A1\_0014.png"\; state="\{\{state\}\}">u</figure-callout>}}_{10}}-3\right)$$

$$\tau =\frac{1}{a}\cdot \left(\frac{u_3}{u_{30}}-\frac{1}{2}\left(\frac{u_1}{{\mathrm{<figure-callout\; id="10"\; label="u"\; filenames="DE102021120525A1\_0013.png,DE102021120525A1\_0014.png"\; state="\{\{state\}\}">u</figure-callout>}}_{10}}+\frac{u_2}{u_{20}}\right)\right)$$

determine.

In der 3 ist eine Sensoranordnung 1 gezeigt, bei der ein erster Winkel 18 zwischen der ersten Längsachse 3 des ersten Magnetkerns 4 und der zweiten Längsachse 5 des zweiten Magnetkerns 6 120° beträgt und ein zweiter Winkel 19 zwischen der ersten Längsachse 3 des ersten Magnetkerns 4 und der dritten Längsachse 7 des dritten Magnetkerns 8 120° beträgt.In the 3 shows a sensor arrangement 1 in which a first angle 18 between the first longitudinal axis 3 of the first magnetic core 4 and the second longitudinal axis 5 of the second magnetic core 6 is 120° and a second angle 19 between the first longitudinal axis 3 of the first magnetic core 4 and the third Longitudinal axis 7 of the third magnetic core 8 is 120°.

Schließlich zeigt die 4 eine Sensoranordnung 1, bei der ein erster Winkel 18 zwischen der ersten Längsachse 3 des ersten Magnetkerns 4 und der zweiten Längsachse 5 des zweiten Magnetkerns 6 150° beträgt und ein zweiter Winkel 19 zwischen der ersten Längsachse 3 des ersten Magnetkerns 4 und der dritten Längsachse 7 des dritten Magnetkerns 8 150° beträgt.Finally shows the 4 a sensor arrangement 1, in which a first angle 18 between the first longitudinal axis 3 of the first magnetic core 4 and the second longitudinal axis 5 of the second magnetic core 6 is 150° and a second angle 19 between the first longitudinal axis 3 of the first magnetic core 4 and the third longitudinal axis 7 of the third magnetic core 8 is 150°.

In den 2-4 ist ferner gezeigt, dass die Sensoranordnung 1 eine Steuereinheit 21 aufweist, welche mit der Sendespule 17 wechselstrombeaufschlagbar verbunden ist sowie mit den Empfängerspulen 13,14,15 elektrisch verbunden ist. Die Steuereinheit 21 umfasst einen Prozessor 23 und einen Speicher 24, die eingerichtet sind, Normal- und Schubspannungen aus den gemessenen Spannungen an den Empfängerspulen 13,14,15 nach vordefinierten Funktionen zu bestimmen.In the 2-4 It is also shown that the sensor arrangement 1 has a control unit 21 which is connected to the transmitting coil 17 so that it can be subjected to alternating current and is electrically connected to the receiver coils 13,14,15. The control unit 21 includes a processor 23 and a memory 24, which are set up to determine normal and shear stresses from the measured stresses on the receiver coils 13, 14, 15 according to predefined functions.

Die Steuereinheit 21 besitzt einen Signalausgang 25, über den ein die erste Normalspannung σ_x repräsentierendes Signal und/oder die zweite Normalspannung σ_y repräsentierendes Signal und/oder die erste Schubspannung τ repräsentierendes Signal abgegriffen werden kann.The control unit 21 has a signal output 25, via which a signal representing the first normal stress σ _x and/or the second normal stress σ _y and/or the first shear stress τ can be tapped.

Die Sensoranordnung 1 kann in einem nicht in den Figuren dargestelltem Gehäuse aufgenommen sein.The sensor arrangement 1 can be accommodated in a housing that is not shown in the figures.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.

BezugszeichenlisteReference List

11

Sensoranordnungsensor arrangement

22

Bauteilcomponent

33

Längsachselongitudinal axis

44

Magnetkernmagnetic core

55

Längsachselongitudinal axis

66

Magnetkernmagnetic core

77

Längsachselongitudinal axis

88th

Magnetkernmagnetic core

99

Flussleitelementflow guide

1010

Flussleitelementflow guide

1111

Flussleitelementflow guide

1212

Sternpunktstar point

1313

Empfangsspulereceiving coil

1414

Empfangsspulereceiving coil

1515

Empfangsspulereceiving coil

1616

RaumSpace

1717

Sendespuletransmitter coil

1818

Winkelangle

1919

Winkelangle

2121

Steuereinheitcontrol unit

2222

Achseaxis

2323

Prozessorprocessor

2424

SpeicherStorage

2525

Signalausgangsignal output

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

• DE 102018221206 [0006]DE 102018221206 [0006]
• US 4939937 [0007]US4939937 [0007]
• DE 3940220 [0008]DE 3940220 [0008]

Claims (10)

Sensoranordnung (1) zur kontaktlosen Messung von Normal- und Schubspannungen in einem Bauteil (2), umfassend • einen ersten sich entlang einer ersten Längsachse (3) erstreckenden Magnetkern (4), der von einer ersten Empfangsspule (13) umwickelt ist, • einen zweiten sich entlang einer zweiten Längsachse (5) erstreckenden Magnetkern (6), der von einer zweiten Empfangsspule (14) umwickelt ist, und • einen dritten sich entlang einer dritten Längsachse (7) erstreckenden Magnetkern (8), der von einer dritten Empfangsspule (15) umwickelt ist, • wobei der erste Magnetkern (4) mit einem sich linearerstreckenden ersten Flussleitelement (9) verbunden ist, und • der zweite Magnetkern (6) mit einem zweiten Flussleitelement (10) verbunden ist und • der dritte Magnetkern (8) mit einem sich linearerstreckenden dritten Flussleitelement (11) verbunden ist, • wobei das erste Flussleitelement (9), das zweite Flussleitelement (10) und das dritte Flussleitelement (11) sich in einem gemeinsamen Sternpunkt (12) schneiden, und • wobei innerhalb des durch die Magnetkerne (4,6,8) definierten Raums (16) eine mit Wechselstrom bestrombare Sendespule (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (3,5,7) der Magnetkerne (4,6,8) in Winkeln (18,19) so zueinander angeordnet sind, dass die Flussleitelemente (9,10,11) nicht parallel zueinander verlaufen.Sensor arrangement (1) for the contactless measurement of normal and shear stresses in a component (2), comprising • a first along a first longitudinal axis (3) extending magnetic core (4), which is wrapped by a first receiving coil (13), • a second magnetic core (6) extending along a second longitudinal axis (5) around which a second receiving coil (14) is wound, and • a third magnetic core (8) extending along a third longitudinal axis (7) and being surrounded by a third receiving coil ( 15) is wound, • the first magnetic core (4) being connected to a linearly extending first flux-guiding element (9), and • the second magnetic core (6) being connected to a second flux-guiding element (10) and • the third magnetic core (8) is connected to a linearly extending third flux guide element (11), • wherein the first flux guide element (9), the second flux guide element (10) and the third flux guide element (11) are located at a common star point (1st 2) cutting, and • wherein within the space (16) defined by the magnetic cores (4,6,8) a transmitting coil (17) that can be energized with alternating current is arranged, characterized in that the longitudinal axes (3,5,7) of the magnetic cores (4,6,8) are arranged at angles (18,19) to one another in such a way that the flow guide elements (9,10,11) do not run parallel to one another. Sensoranordnung (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • die erste Längsachse (3), die zweite Längsachse (5) und die dritte Längsachse (7) parallel zueinander verlaufen und • wobei der erste Magnetkern (4) orthogonal zu dem ersten Flussleitelement (9) verläuft, und • der zweite Magnetkern (6) orthogonal zu dem zweiten Flussleitelement (10) verläuft, und • der dritte Magnetkern (8) orthogonal zu dem dritten Flussleitelement (11) verläuft.Sensor arrangement (1), after claim 1 , characterized in that • the first longitudinal axis (3), the second longitudinal axis (5) and the third longitudinal axis (7) run parallel to one another and • the first magnet core (4) runs orthogonally to the first flux-guiding element (9), and • the second magnetic core (6) runs orthogonally to the second flux-guiding element (10), and • the third magnetic core (8) runs orthogonally to the third flux-guiding element (11). Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Winkel (18) zwischen der ersten Längsachse (3) des ersten Magnetkerns (4) und der zweiten Längsachse (5) des zweiten Magnetkerns (6) 90° beträgt und ein zweiter Winkel (19) zwischen der ersten Längsachse (3) des ersten Magnetkerns (4) und der dritten Längsachse (7) des dritten Magnetkerns (8) 135° beträgt.Sensor arrangement (1) after claim 1 or 2 , characterized in that a first angle (18) between the first longitudinal axis (3) of the first magnet core (4) and the second longitudinal axis (5) of the second magnet core (6) is 90° and a second angle (19) between the first Longitudinal axis (3) of the first magnetic core (4) and the third longitudinal axis (7) of the third magnetic core (8) is 135 °. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Winkel (18) zwischen der ersten Längsachse (3) des ersten Magnetkerns (4) und der zweiten Längsachse (5) des zweiten Magnetkerns (6) 120° beträgt und ein zweiter Winkel (19) zwischen der ersten Längsachse (3) des ersten Magnetkerns (4) und der dritten Längsachse (7) des dritten Magnetkerns (8) 120° beträgt.Sensor arrangement (1) after claim 1 or 2 , characterized in that a first angle (18) between the first longitudinal axis (3) of the first magnet core (4) and the second longitudinal axis (5) of the second magnet core (6) is 120° and a second angle (19) between the first Longitudinal axis (3) of the first magnetic core (4) and the third longitudinal axis (7) of the third magnetic core (8) is 120 °. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Winkel (18) zwischen der ersten Längsachse (3) des ersten Magnetkerns (4) und der zweiten Längsachse (5) des zweiten Magnetkerns (6) 150° beträgt und ein zweiter Winkel (19) zwischen der ersten Längsachse (3) des ersten Magnetkerns (4) und der dritten Längsachse (7) des dritten Magnetkerns (8) 150° beträgt.Sensor arrangement (1) after claim 1 or 2 , characterized in that a first angle (18) between the first longitudinal axis (3) of the first magnet core (4) and the second longitudinal axis (5) of the second magnet core (6) is 150° and a second angle (19) between the first Longitudinal axis (3) of the first magnetic core (4) and the third longitudinal axis (7) of the third magnetic core (8) is 150 °. Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) eine Steuereinheit (21) aufweist, welche mit der Sendespule (17) wechselstrombeaufschlagbar verbunden ist sowie mit den Empfängerspulen (13,14,15) elektrisch verbunden ist.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement (1) has a control unit (21) which is connected to the transmitter coil (17) so that it can be charged with alternating current and is electrically connected to the receiver coils (13, 14, 15). . Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (17) sich parallel zu den Magnetkernen (4,6,8) in einer Achse (22) durch den Sternpunkt (12) erstreckt.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims 2 - 6 , characterized in that the transmission coil (17) extends parallel to the magnetic cores (4,6,8) in an axis (22) through the star point (12). Sensoranordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) einen Prozessor (23) und einen Speicher (24) umfasst, die eingerichtet sind, eine erste Normalspannung σ_x nach folgender Funktion zu bestimmen $${\sigma }_x=\frac{1}{\alpha }\cdot \left(2\cdot \frac{U_1}{U_{10}}+\frac{U_2}{U_{20}}-3\right)$$

und/oder eine zweite Normalspannung σ_y nach folgender Funktion zu bestimmen $${\sigma }_y=\frac{1}{\alpha }\cdot \left(2\cdot \frac{U_2}{U_{20}}+\frac{U_1}{U_{10}}-3\right)$$

und/oder eine erste Schubspannung τ nach folgender Funktion zu bestimmen $$\tau =\frac{1}{\alpha }\cdot \left(\frac{U_3}{U_{30}}-\frac{1}{2}\left(\frac{U_1}{U10}+\frac{U_2}{U_{20}}\right)\right)$$

Sensor arrangement (1) after claim 5 , characterized in that the control unit (21) comprises a processor (23) and a memory (24), which are set up to determine a first normal stress σ _x according to the following function $${\sigma }_x=\frac{1}{a}\cdot \left(2\cdot \frac{u_1}{u_{10}}+\frac{u_2}{u_{20}}-3\right)$$

and/or to determine a second normal stress σ _y according to the following function $${\sigma }_y=\frac{1}{a}\cdot \left(2\cdot \frac{u_2}{u_{20}}+\frac{u_1}{u_{10}}-3\right)$$

and/or to determine a first shear stress τ according to the following function $$\tau =\frac{1}{a}\cdot \left(\frac{u_3}{u_{30}}-\frac{1}{2}\left(\frac{u_1}{u10}+\frac{u_2}{u_{20}}\right)\right)$$

Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) einen Signalausgang (25) umfasst über den ein die erste Normalspannung σ_x repräsentierendes Signal und/oder die zweite Normalspannung σ_y repräsentierendes Signal und/oder die erste Normalspannung τ repräsentierendes Signal abgegriffen werden kann.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (21) comprises a signal output (25) via which a signal representing the first normal voltage σ _x and/or the second normal voltage σ _y signal and/or the first normal voltage τ representing signal can be tapped. Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) eine Welle ist.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the component (2) is a shaft.

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