DE3844579C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehmomentmeßgerät
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Ein Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung
bestehend aus wenigstens zwei Trommeln, die mit einer magnetischen
Sensoreinrichtung verbunden sind und die voneinander beabstandet
antriebs- und lastseitig auf Drehwellen befestigt sind, zwischen
denen eine deformierbare Welle angeordnet ist, ist durch die
US-PS 41 50 566 bekannt geworden. Im Gegensatz zur vorliegenden
Erfindung, bei der die Sensoreinrichtung dreieckförmige Signale
liefert, wird bei dem genannten Meßgerät der Torsionswinkel
aus der Phasendifferenz von zwei Impulszügen mit annähernd
rechtecksförmigen Impulsen ermittelt.
Ein weiteres bekanntes Drehmomentmeßgerät ist in der US-PS
35 38 762 beschrieben. Über magnetische Sensoren wird von
einer Welle antriebs- und lastseitig je eine im wesentlichen
sinusförmige Signalfolge hergeleitet. Der Phasenunterschied
der beiden Signalfolgen ist dem zu messenden
Drehmoment proportional. Die beiden Signalfolgen werden
zur Feststellung des Phasenunterschieds jeweils einem zugeordneten
Nulldurchgangsdetektor zugeführt, an den sich
eine Differentiationsschaltung anschließt. Beim Nulldurchgang
einer Signalfolge wird dabei ein dreieckförmiges
Signal gebildet. Die auf solche Weise markierten Nulldurchgänge
jeder Signalfolge dienen nun dazu, den zeitlichen
Abstand zwischen den Nulldurchgängen jeder Signalfolge
zu bestimmen. Eine weitere Signalfolge, die von
einem Sensor, der zwischen den beiden vorgenannten angeordnet
ist, erzeugt wird, dient der Kompensation von
Ausrichtungsfehlern. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung
benötigt das beschriebene Meßgerät umfangreiche zusätzliche
Impulsformungsschaltungen zur Bildung von
dreieckförmigen Signalfolgen.
Durch die DE 32 13 589 C2 ist ein Drehmomentmeßfühler
bekannt geworden, bei dem wie bei der vorliegenden Erfindung
von magnetoresitiven Elementen Gebrauch gemacht wird. Aber auch
bei diesem Meßfühler werden keine dreiecksförmigen Ausgangssignale
von der magnetischen Sensoreinrichtung geliefert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein
Drehmomentmeßgerät mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs
angegebenen Merkmalen zu schaffen, mit dem bei geringem Aufwand
eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erzielen ist und
mit dem auch bei Stillstand des Meßgeräts gemessen werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Drehmomentmeßgeräts
nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Abwälzung der magnetisierbaren Oberfläche einer
Drehtrommel und die Lage der magnetoresistiven Elemente;
Fig. 4 ein Signalverlauf der Ausgangsspannung eines
magnetischen Sensors;
Fig. 5 die Anschlüsse der magnetoresistiven Elemente; und
Fig. 6 zwei dreiecksförmige Ausgangsspannungen.
Bekannte Ausführungsformen eines Drehmomentmeßgeräts basieren auf
der Annahme, daß der magnetische Sensor
sinusförmige Ausgangssignale erzeugt. Jedoch haben
tatsächliche Magnetsensoren Ausgangssignale, die eine
Vielzahl von ungeradzahligen Harmonischen aufgrund der
Sättigung der Widerstandsvariation der magnetoresistiven
Elemente (MR-Elemente) beinhalten,
wobei sinusförmige Ausgangssignale schwierig zu erhalten
sind, soweit sie nicht in besonderer
Art aufgeteilt werden. Die Anordnung einer Drehtrommel 202 mit einer magnetisierbaren Oberfläche 203
und eines Magnetsensors 204 gemäß den Fig. 2 und 3 führt
zu der Signalform des Widerstandsverlaufes der MR-Elemente
R 1 und R 2 gemäß Fig. 4, wenn das auf der Drehtrommel
202 aufgezeichnete Magnetsignal und der Abstand
zwischen der Drehtrommel 202 und dem Magnetsensor 204 in
geeigneter Weise so gewählt sind, daß die MR-Elemente R 1
und R 2 eine in den Sättigungsbereich gehende Widerstandsvariation
haben. Die MR-Elemente sind angeschlossen,
wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, so daß ihr Ausgangssignal
E A 1 eine dreieckförmige Signalform hat, wie
dies bei (A) in Fig. 6 gezeigt ist. Das Dreieckssignal
variiert linear gegenüber dem magnetischen Signal
auf der Drehtrommel, d. h. in einer Eins-zu-Eins-Beziehung
zwischen dem Drehwinkel und dem Analogwert des
Ausgangssignales E A 1, wodurch eine Winkelerfassung
sehr genau wird. Auf ähnliche Weise erzeugt die
Trommel 202′ das Ausgangssignal E A 2, das bei (B) in
Fig. 6 gezeigt ist und vereinfacht die Erfassung des
Winkels aufgrund der Ausgangssignale der beiden magnetischen
Sensoren 204 und 204′.
Bei der Struktur dieses Ausführungsbeispieles wird das
Drehmomentmeßgerät durch Drehtrommeln gebildet,
die magnetisierbare Flächen haben, auf denen Magnetsignale
aufgezeichnet sind, und durch einen magnetischen Sensor,
der aus einem Feld von MR-Elementen besteht, um dreieckförmige
Ausgangssignale zu erzeugen, so daß das Drehmoment
sogar bei Stillstand genau gemessen werden kann.
Der magnetische Sensor hat eine konstante Ausgangsamplitude
unabhängig von der Drehzahl, was die Verarbeitungsschaltung
vereinfacht. Die Verwendung eines Magnetismus
ist vorteilhaft aufgrund ihrer Unempfindlichkeit
gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Dreck und
Staub, wodurch ein äußerst zuverlässiges Drehmomenterfassungsgerät
realisiert wird.
Claims (1)
- Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung (202-204; R), bestehend aus mehreren Trommeln (202, 202′), die voneinander beabstandet antriebs- bzw. lastseitig auf einer Drehwelle (201) befestigt sind und die magnetisierbare Oberflächen (203, 203′) aufweisen, denen gegenüber magnetoresistive Elemente (R, 204) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetoresistiven Elemente (R 1, R 2) der Sensoreinrichtung (202-204, R) durch die auf den Trommeln aufgebrachte Magnetisierung bis in den Sättigungsbereich gesteuert sind,
daß jeder Trommel (202, 202′) jeweils zwei magnetoresistive Elemente (R 1, R 2) gegenüberstehen,
daß jeweils die zwei einer Trommel (202, 202′) gegenüberstehenden Elemente (R 1, R 2) einen Spannungsteiler (Fig. 5) bilden, an dessen Verbindungspunkt der zwei magnetoresistiven Elemente (R 1, R 2) eine im wesentlichen dreiecksförmige Ausgangsspannung (E A 1, E A 2) als Funktion des Drehwinkels der Trommeln (202, 202′) liegt, und
daß der Torsionswinkel (R), um den die beiden Trommeln (202, 202′) gegeneinander verdreht sind, aus der Phasenverschiebung der dreiecksförmigen Ausgangssignale (E A 1, E A 2) ermittelt wird.
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