DE4206382A1

DE4206382A1 - MEASURING DEVICE FOR CONTACT-FREE DETECTION OF A TURNING ANGLE AND / OR TORQUE

Info

Publication number: DE4206382A1
Application number: DE19924206382
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Dipl Ing Hachtel; Joachim Dipl Ing Graf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-02-29
Filing date: 1992-02-29
Publication date: 1993-09-02
Also published as: WO1993017312A1

Abstract

In a measuring device for the contactless detection of an angle of rotation and/or torque on a stationary or rotating shaft (1), there are two cylindrical sleeves (8, 9) concentric with each other and the shaft. A coil (20, 21) through which flows an alternating current surrounds both sleeves. The two sleeves (8, 9) have slots (16, 17, 11) in their peripheral surfaces. Thus there are alternating regions of high and low electrical conductivity circumferentially on one sleeve (8). In order to generate a good and especially sensitive measuring signal, there are a foil (18) or strips of a highly permeable material, especially metallic glasses, on the inside of the inner sleeve (9) in the region of the two rows of slots (16, 17).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung zur berührungsfreien Erfassung eines Drehwinkels und/oder Drehmoments an einer stehenden oder rotierenden Welle nach der Gattung des Anspruch 1 oder 2. Bei einer zum Beispiel aus der DE-OS 33 07 105.5 bekannten Meßeinrich tung sind zwei Hülsen ineinander angeordnet und werden relativ zu einander entsprechend der zu bestimmenden Drehbewegung gedreht. In ihren Umfangsflächen haben die Hülsen eine gleiche Anzahl mehrerer zur Achse paralleler segmentartiger Mantelflächen, die in Umfangs richtung der Hülsen gesehen abwechselnd hohe und niedrige elek trische Leitfähigkeit aufweisen. Die beiden Hülsen sind von einer gleichachsigen von einem Wechselstrom durchflossenen Wicklung umge ben, deren Impedanz bei der relativen Bewegung der Hülsen zueinander geändert wird und somit ein zur Drehbewegung proportionales Meß signal erzeugt wird. Um bereits bei kleinen Drehwinkeln ein mög lichst großes Meßsignal zu erhalten, liegt die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Mantelflächen hoher Leitfähigkeit zur Breite der Mantelfläche mit niedriger Leitfähigkeit zwischen 10 : 1 und 5 : 1. Für spezielle Messungen ist aber das damit erreichte Meßsignal nicht ausreichend genau und empfindlich genug. The invention is based on a measuring device for non-contact Detection of an angle of rotation and / or torque on a stationary one or rotating shaft according to the genus of claim 1 or 2. In a measuring device known for example from DE-OS 33 07 105.5 device are two sleeves arranged one inside the other and are relative to rotated in accordance with the rotational movement to be determined. In the circumferential surfaces of the sleeves have the same number of several segment-like lateral surfaces parallel to the axis, the circumferential direction of the sleeves alternating between high and low elec have tric conductivity. The two sleeves are from one coaxially wound by an alternating current winding ben, their impedance in the relative movement of the sleeves to each other is changed and thus a measurement proportional to the rotary movement signal is generated. To be possible even at small angles of rotation To obtain the largest possible measurement signal is in the circumferential direction measured width of the lateral surfaces of high conductivity to the width the lateral surface with low conductivity between 10: 1 and 5: 1. However, the measurement signal thus achieved is not suitable for special measurements sufficiently precise and sensitive enough.

Das bei der Meßeinrichtung verwendete Meßprinzip, das sog. Wirbel strommeßverfahren ist zum Beispiel aus der DE-OS 29 51 148.6 be kannt. Dort wird eine Drehbewegung sowohl mit Hilfe zweier relativ zueinander bewegter scheibenförmiger Körper als auch mit einer Hül se, in der ein Induktionskörper eingesetzt ist, erzeugt. Die relativ zueinander bewegten Körper sind von einer mit Wechselstrom durch flossenen Spule umgeben, deren magnetisches Wechselfeld auf den Be reichen aus elektrisch leitendem Material Wirbelströme erzeugen. Ab hängig von der zu bestimmenden Drehbewegung wird das Verhältnis der elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Flaschen zuein ander verändert. Abhängig von der Größe der erzeugten Wirbelströme und somit abhängig von der Größe des zu bestimmenden Drehwinkels bzw. Drehmoments wird die Impedanz der Spule verändert. Diese Impe danzänderung wird als Meßsignal erfaßt. Auch hier ist das erzeugte Meßsignal insbesondere für kleinere Drehwinkel zu ungenau und zu un empfindlich.The measuring principle used in the measuring device, the so-called vortex Current measurement method is for example from DE-OS 29 51 148.6 knows. There, a rotary movement becomes relative with the help of two disc-shaped body moved to one another as well as with a sleeve se, in which an induction body is inserted. The relative bodies moved towards each other by one with alternating current flow coil surrounded, the alternating magnetic field on the Be generate eddy currents from electrically conductive material. From the ratio of the. depends on the rotary movement to be determined electrically conductive and electrically non-conductive bottles other changed. Depending on the size of the eddy currents generated and thus depending on the size of the angle of rotation to be determined or torque, the impedance of the coil is changed. This Impe The change in distance is recorded as a measurement signal. Here is what is generated Measurement signal, especially for smaller angles of rotation, too imprecise and too un sensitive.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Empfindlichkeit und die Genauigkeit des Meßsignals gegenüber bisher verwendeten Meßeinrichtungen verbessert wird. Es wird der Übergang vom elektrisch leitenden zum elektrisch nicht leitenden Material besser ausgebildet. In einfacher und preisgünstiger Weise können hochpermeable Materialien als Streifen oder als Folie auf die Innen wand der inneren Schlitzhülse aufgebracht werden. Amorphe Metalle (auch metallische Gläser genannt) sind insbesondere durch ihre guten magnetischen Eigenschaften und ihre einfache Handhabung als Folie oder als Streifen einfach montierbar. Die Schlitze der rotierenden Meßhülsen verursachen Meßfehler, die durch einen inhomogenen Feld linienverlauf des magnetischen Felds der von Wechselstrom durch flossenen Spule begründet sind (z. B. verursacht durch Spulenan schlüsse). Das metallische Glas bewirkt eine deutliche Verminderung dieser Fehler, da sich das Verhältnis Nutzsignal zu Störsignal wesentlich verbessert.The measuring device according to the invention with the characteristic note Painting the main claim has the advantage that the Sensitivity and the accuracy of the measurement signal compared to previously used measuring devices is improved. It will be the transition from electrically conductive to electrically non-conductive material better trained. In a simple and inexpensive way highly permeable materials as strips or as film on the inside wall of the inner slotted sleeve can be applied. Amorphous metals (also called metallic glasses) are particularly good magnetic properties and their easy handling as a film or easy to assemble as a strip. The slots of the rotating Measuring sleeves cause measuring errors caused by an inhomogeneous field line course of the magnetic field of alternating current through flow coil are justified (e.g. caused by conclusions). The metallic glass causes a significant reduction this error because the ratio of useful signal to interference signal significantly improved.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Meßein richtung möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial refinements of the Messein specified in the main claim direction possible.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung zur Drehmomenterfassung in ihrem axialen Längsschnitt, Fig. 2 die innere der beiden Hülsen, Fig. 3 die äußere der beiden Hülsen, Fig. 4 den Träger von zwei gleichachsig zu diesen Hülsen liegenden Wicklungen, ebenfalls in Längsschnitt, Fig. 5 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels in Scheibenform, ebenfalls in Längsschnitt, Fig. 6 eine der beiden Scheiben und die Fig. 7 und 8 Abwandlungen der Ausführungsbei spiele.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. They show: Fig. 1 shows a measuring device according to the invention for the torque detection in its axial longitudinal section, Fig. 2, the inner of the two tubes, Fig. 3, the outer of the two tubes, Fig. 4 the support of two coaxially lying on these sleeves windings, also in Longitudinal section, Fig. 5 shows a modification of the embodiment in disc form, also in longitudinal section, Fig. 6 one of the two discs and Figs. 7 and 8 modifications of the Ausführungsbei play.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Die dargestellte Meßeinrichtung dient zur Erfassung des Drehwinkels bzw. des Drehmoments, wenn ein Torsionsstab 1 zwischen den beiden Wellenstümpfen 2 und 3 einem Drehmoment ausgesetzt wird. Dabei wird der rechte Wellenstumpf 3 gegenüber dem linken Wellenstumpf 2 um einen kleinen Drehwinkel verdreht. In der Fig. 1 ist als Beispiel angenommen, daß ein rechtsdrehendes Drehmoment Md über einen Vier kant 4 in den rechten Wellenstumpf 3 eingeleitet wird und daß an dem Vierkant 5, der mit dem linken Wellenstumpf 2 verbunden ist, ein nicht dargestelltes Gegendrehmoment wirksam wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein in entgegengesetzter Richtung wirkendes Drehmoment zu bestimmen. Ist hingegen kein Torsionsstab 1 vorhanden, so wird mit Hilfe der Meßeinrichtung statt eines Drehmoments ein Drehwinkel erfaßt.The measuring device shown is used to detect the angle of rotation or the torque when a torsion bar 1 between the two shaft ends 2 and 3 is exposed to a torque. The right stub shaft 3 is rotated by a small angle of rotation relative to the left stub shaft 2 . In Fig. 1 it is assumed as an example that a right-turning torque Md is initiated via a square 4 in the right stub shaft 3 and that on the square 5 , which is connected to the left stub shaft 2 , a counter torque, not shown, is effective. Of course, it is also possible to determine a torque acting in the opposite direction. If, on the other hand, there is no torsion bar 1 , an angle of rotation is detected using the measuring device instead of a torque.

Zur Erfassung des Drehmoments Md weist die Meßeinrichtung in einem rohrförmigen Gehäuse 6 zwei zur gemeinsamen Längsachse 7 konzen trische Hülsen, nämlich eine äußere Hülse 8 und eine innere Hülse 9 jeweils aus etwa 1 mm starkem, nicht magnetischem aber elektrisch leitfähigem Material auf. Die äußere Hülse 8 ist mit einer im ein zelnen nicht näher dargestellten Distanzhülse auf dem rechten Wellenstumpf 3 drehfest angeordnet, während die innere Hülse 9 auf dem linken Wellenstumpf 2 in gleicher Weise befestigt ist.To detect the torque Md, the measuring device in a tubular housing 6 two concentric to the common longitudinal axis 7 concentric sleeves, namely an outer sleeve 8 and an inner sleeve 9 each made of about 1 mm thick, non-magnetic but electrically conductive material. The outer sleeve 8 is rotatably arranged with an individual spacer sleeve, not shown, on the right stub shaft 3 , while the inner sleeve 9 is attached to the left stub shaft 2 in the same way.

Die äußere Hülse 8 ist in Fig. 3 in ihrem Querschnitt dargestellt, hat einen Bohrungsdurchmesser B und weist über ihren Umfang bei spielsweise acht gleichmäßig verteilte, zur Achse 7 parallele Längs schlitze 11 auf, welche in die Hülsenwand eingefräst oder eingesägt sind und bis nahe an die beiden stirnseitigen Randzonen 12 und 13 heranreichen. Dadurch entsteht zwischen jeweils zwei Schlitzen 11 eine Mantelfläche 14, deren elektrische Leitfähigkeit derjenigen des Hülsenwerkstoffs entspricht, während die sich mit diesen Mantel flächen in Umfangsrichtung abwechselnden Schlitze 11 Zonen bilden, die keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen.The outer sleeve 8 is shown in Fig. 3 in its cross section, has a bore diameter B and has over its circumference for example eight evenly distributed, parallel to the axis 7 longitudinal slots 11 , which are milled or sawn into the sleeve wall and up to close reach the two frontal edge zones 12 and 13 . This creates between two slots 11 a jacket surface 14 , the electrical conductivity of which corresponds to that of the sleeve material, while the surfaces with these jacket surfaces alternating slots 11 form zones that have no electrical conductivity.

Die Umfangsfläche der in Fig. 2 dargestellten inneren Hülse 9, die einen Außendurchmesser E hat, ist in analoger Weise in acht unter einander zusammenhängende Zonen 15 unterteilt, die sich mit den Mantelflächen 14 der äußeren Hülse 8 decken. Im Gegensatz zur äußeren Hülse 8 ist sie durch acht Schlitzreihen unterteilt, von denen jede Schlitzreihe aus zwei parallel zur Achse 7 sich er streckenden Schlitzen 16 und 17 gebildet sind. Die zu einem Schlitz-Paar gehörenden beiden Schlitze 16 und 17 sind gegeneinander in Umfangsrichtung der Hülse 9 um einen Abstand v versetzt welcher etwa der Schlitzbreite entspricht, also ungefähr einen Millimeter beträgt. Jeder der beiden Schlitze 16 und 17 hat nur eine etwa halb so große axiale Länge wie der zugeordnete Schlitz 11 in der äußeren Hülse 8, dessen Länge in der Fig. 3 mit L bezeichnet ist. Auf der Innenseite der inneren Hülse 9 ist eine Folie 18 aufgebracht. Wesentlich ist hierbei, daß die Schlitze 16, 17 auf der Innenseite der inneren Hülse 9, insbesondere zum Torsionsstab 1 hin, abgedeckt sind. Deshalb wäre es auch denkbar, statt einer Folie 18 die Schlitze 16, 17 jeweils einzeln mit Hilfe von Streifen abzudecken. Die Folie 18 oder die Streifen bestehen dabei aus hochpermeablem Material, z. B. Fe, Ni, Co-haltiges Material. Diese Materialien haben vorzugsweise einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand. Da durch kann der von den Schlitzen 16, 17 bewirkte Effekt verstärkt werden. Es werden Meßsignale mit hoher Genauigkeit und hoher Empfindlichkeit erreicht, was insbesondere bei kleinen Drehwinkeln, wie sie insbesondere bei der Erfassung eines Drehmoments Md auf treten, notwendig ist. Als besonders vorteilhaft hat sich für die Folien 18 oder für die Streifen die Verwendung von metallischen Gläsern, die auch amorphe Metalle genannt werden, erwiesen.The peripheral surface of the inner sleeve 9 shown in FIG. 2, which has an outer diameter E, is divided in an analogous manner into eight interrelated zones 15 , which coincide with the lateral surfaces 14 of the outer sleeve 8 . In contrast to the outer sleeve 8 it is divided by eight rows of slots, of which each row of slots from two parallel to the axis 7 he extending slots 16 and 17 are formed. The two slots 16 and 17 belonging to a pair of slots are offset from one another in the circumferential direction of the sleeve 9 by a distance v which corresponds approximately to the slot width, that is to say approximately one millimeter. Each of the two slots 16 and 17 has only about half the axial length as the associated slot 11 in the outer sleeve 8 , the length of which is denoted by L in FIG. 3. A film 18 is applied to the inside of the inner sleeve 9 . It is essential here that the slots 16 , 17 on the inside of the inner sleeve 9 , in particular towards the torsion bar 1 , are covered. Therefore, it would also be conceivable to cover the slots 16 , 17 individually with the aid of strips instead of a film 18 . The film 18 or the strips are made of highly permeable material, e.g. B. Fe, Ni, Co-containing material. These materials preferably have a high electrical resistivity. Since the effect caused by the slots 16 , 17 can be enhanced. Measuring signals are achieved with high accuracy and high sensitivity, which is necessary in particular at small angles of rotation, such as occur in particular when a torque Md is detected. The use of metallic glasses, which are also called amorphous metals, has proven to be particularly advantageous for the foils 18 or for the strips.

In der Praxis zeigt sich die Verwendung von amorphen Metallen der Firma Vakuumschmelze GmbH, Hanau, DE, als günstig. Das unter dem Warenzeichen Vitrovac 6025 erhältliche amorphe Metall erzeugt Meß signale mit besonders guter Meßempfindlichkeit. Hierbei handelt es sich um ein amorphes Metall mit dem Hauptbestandteil Cobalt. Selbst verständlich ist die Verwendung des jeweiligen Materials auf die für die Erfassung des Meßsignals verwendete Frequenz der Meßeinrichtung abzustimmen.In practice, the use of amorphous metals is evident Vacuumschmelze GmbH, Hanau, DE, as cheap. That under the Trademark Vitrovac 6025 available amorphous metal produces measuring signals with particularly good measuring sensitivity. This is what it is about is an amorphous metal with the main component cobalt. Yourself it is understandable how the respective material is used for the detection of the measurement signal used frequency of the measuring device vote.

Im Überdeckungsbereich der inneren und der äußeren Hülse 8 ist ein aus Isolierstoff hergestellter, zylindrischer Spulenkörper 19 vorge sehen, welcher zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete, ein lagige Wicklungen 20 und 21 trägt. In the area of coverage of the inner and outer sleeves 8 , a cylindrical bobbin 19 made of insulating material is provided, which carries two axially spaced, one-layer windings 20 and 21 .

Die in axialer Richtung gemessene Breite w der Wicklungen 20 und 21 beträgt nur etwa 1/3 der Länge der Schlitze 16 bzw. 17, wobei jede der beiden Wicklungen so angeordnet ist, daß sie die Schlitze 16 bzw. 17 in einem schmalen Mittelbereich überdeckt.The width w of the windings 20 and 21 measured in the axial direction is only about 1/3 of the length of the slots 16 and 17 , respectively, each of the two windings being arranged such that it covers the slots 16 and 17 in a narrow central region.

Durch die Verwendung der beiden Wicklungen 20 und 21 kann eine Differentialmeßmethode angewendet werden, weil sich in linearer Ab hängigkeit zu der Größe des angelegten Drehmoments Md die beiden Hülsen 8 und 9 so verdrehen, daß einer der beiden versetzten Schlitze 16 oder 17 aus der Überdeckung mit dem Schlitz 11 der äußeren Hülse herauswandert, während der andere dieser verkürzten Schlitze mit zunehmender Überdeckung unter den zugehörigen äußeren Schlitz wandert. Dadurch entsteht in der einen der beiden Spulen eine Verkleinerung und in der anderen Spule eine Vergrößerung ihrer Induktivität, so daß die in der inneren Hülse 9 erzeugten Wirbel ströme sich vergrößern bzw. verkleinern, wenn die Wicklungen von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen werden. Soll hingegen nicht nach der Differentialmeßmethode gearbeitet werden, so wäre es ausreichend, nur eine der beiden Spulen 20 oder 21 vorzusehen und eine innere Hülse 9 mit nur einer Schlitzreihe 16 oder 17 zu ver wenden.By using the two windings 20 and 21 , a differential measurement method can be used, because in linear dependence on the magnitude of the applied torque Md the two sleeves 8 and 9 rotate so that one of the two offset slots 16 or 17 from the overlap with the slot 11 of the outer sleeve moves out, while the other of these shortened slots moves with increasing coverage under the associated outer slot. This creates a reduction in one of the two coils and an increase in their inductance in the other coil, so that the eddy currents generated in the inner sleeve 9 increase or decrease when a high-frequency alternating current flows through the windings. If, on the other hand, the differential measurement method is not to be used, it would be sufficient to provide only one of the two coils 20 or 21 and to use an inner sleeve 9 with only one row of slots 16 or 17 .

In der Ausgangsstellung der Meßeinrichtung sind die beiden Schlitze 16 und 11 bzw. die Schlitze 17 und 11 wie oben erwähnt, so aufein ander ausgerichtet, daß sie sich jeweils mit gleich großen Flächen überdecken. Dadurch kann eine Drehrichtung und ein Drehmoment in beiden Meßrichtungen erfaßt werden. Es wäre aber, wenn nur eine Meß richtung erfaßt werden soll, auch möglich, daß die einen Schlitze sich gerade überdecken, also geöffnet sind, während die anderen Schlitze verschlossen sind. Die Meßeinrichtung kann sowohl nach dem induktiven Prinzip und/oder nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten, wobei in beiden Fällen die Spulen 20, 21 von einem Wechselstrom durchflossen werden. Zur Messung selbst werden die beiden Hülsen 8, 9 relativ zueinander gedreht bzw. um einen gewünschten Winkelbereich bewegt. Im folgenden sei das Wirbelstromprinzip erläutert. An den Spulen 20, 21 entsteht ein magnetisches Wechselfeld, das auf der metallischen Oberfläche der beiden Hülsen 8, 9 Wirbelströme bewirkt. Je größer dabei die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche der beiden Hülsen 8, 9 ist, desto mehr Wirbelströme werden erzeugt.In the starting position of the measuring device, the two slots 16 and 11 or the slots 17 and 11 are, as mentioned above, aligned with one another so that they overlap with areas of equal size. A direction of rotation and a torque can be detected in both measuring directions. It would, however, if only one measuring direction is to be detected, also possible that the one slots just overlap, that is, are open while the other slots are closed. The measuring device can work both on the inductive principle and / or on the eddy current principle, with the coils 20 , 21 being flowed through by an alternating current in both cases. For the measurement itself, the two sleeves 8 , 9 are rotated relative to one another or moved through a desired angular range. The eddy current principle is explained below. A magnetic alternating field is produced on the coils 20 , 21 , which causes eddy currents on the metallic surface of the two sleeves 8 , 9 . The larger the area of the two sleeves 8 , 9 through which the magnetic field passes, the more eddy currents are generated.

Selbstverständlich ist ferner die Größe der erzeugten Wirbelströme auch abhängig vom verwendeten Material der beiden Hülsen 8, 9 sowie vom Abstand der Spulen 20, 21 zu der zugewandten Oberfläche der bei den Hülsen 8, 9. Durch die auf den beiden Hülsen 8, 9 erzeugten Wirbelströme wird der Spulen-Wechselstromwiderstand verändert, was zur Meßsignalgewinnung ausgenützt wird. Da sich ebenfalls die Spu leninduktivität mit verringert, kann auch diese Spuleninduktivitäts änderung zur Meßsignalgewinnung ausgenutzt werden (Spuleninduktivi täts-Auswerteverfahren). Bei der Drehbewegung der beiden Hülsen 8, 9 relativ zueinander wird durch die versetzte Anordnung der beiden Schlitze 16, 17 die der jeweiligen Spule 20 bzw. 21 zugeordnete Oberfläche der beiden Hülsen 8, 9 gegensinnig verändert. Dadurch wird die der Spule 20 zugeordnete Oberfläche der beiden Hülsen 8, 9 zum Beispiel um denselben Betrag erhöht, wie er gegenüber der an deren Spule 21 verringert wird. Die beiden Spulen 20, 21 sind - bei dem Spulenwechselstromwiderstands-Auswerteverfahren - in einer Wheatstone′schen Halbbrückenschaltung verschaltet und arbeiten somit nach der oben erwähnten Differentialmeßmethode. Dadurch kompensieren sich die in den beiden Spulen 20, 21 gleichzeitig auftretenden und gegensinnig wirkenden Meßfehler, wie zum Beispiel Temperatur schwankungen. Of course, the size of the eddy currents generated is also dependent on the material of the two sleeves 8 , 9 used and on the distance of the coils 20 , 21 from the facing surface of the sleeves 8 , 9 . The eddy currents generated on the two sleeves 8 , 9 change the coil AC resistance, which is used to obtain the measurement signal. Since the coil inductance is also reduced, this change in coil inductance can also be used for measuring signal acquisition (coil inductance evaluation method). During the rotational movement of the two sleeves 8 , 9 relative to one another, the offset arrangement of the two slots 16 , 17 changes the surface of the two sleeves 8 , 9 assigned to the respective coil 20 or 21 in opposite directions. As a result, the surface of the two sleeves 8 , 9 assigned to the coil 20 is increased, for example, by the same amount as is reduced compared to that of the other coil 21 . The two coils 20 , 21 are - in the coil AC resistance evaluation method - connected in a Wheatstone half-bridge circuit and thus work according to the above-mentioned differential measurement method. This compensates for the measurement errors occurring simultaneously in the two coils 20 , 21 and acting in opposite directions, such as temperature fluctuations.

Anstelle des oben beschriebenen Wirbelstromprinzips kann auch das induktive Meßverfahren sinngemäß angewandt werden. Hierzu müssen lediglich die beiden Hülsen 8, 9 auf der den Spulen 20, 21 zuge wandten Oberfläche aus ferromagnetischem Material bestehen. Die Hülsen 8, 9 können aus ferromagnetischem Material hergestellt sein, oder eine ferromagnetische Schicht aufweisen. Während beim Wirbel stromprinzip die Spuleninduktivität verringert wird, kann sie sich beim induktiven Verfahren abhängig von den ferromagnetischen und elektrisch leitenden Eigenschaften des Materials (ferromagnetischer Effekt) erhöhen.Instead of the eddy current principle described above, the inductive measuring method can also be used analogously. For this purpose, only the two sleeves 8 , 9 on the coils 20 , 21 facing surface consist of ferromagnetic material. The sleeves 8 , 9 can be made of ferromagnetic material or have a ferromagnetic layer. While the coil inductance is reduced in the eddy current principle, it can increase in the inductive method depending on the ferromagnetic and electrically conductive properties of the material (ferromagnetic effect).

In allen Fällen ist es aber vorteilhaft, daß mit Hilfe der Folie 18 oder der entsprechenden Streifen sehr gute Meßsignale erreicht wer den. Diese Folie 18 oder die Streifen können in besonders einfacher Weise während der Montage in die innere Hülse 9 eingelegt werden, so daß als besonderer Vorteil gegenüber den bisher in der Praxis ver wendeten Meßeinrichtungen nur geringe Veränderungen vorgenommen zu werden brauchen. Mit Hilfe der metallischen Gläser erhält man sowohl ein gutes Meßsignal als auch sind diese Folien zum Beispiel mit Hilfe einer Schere von einem laufenden Band abschneidbar. Dies würde die Montage besonders vereinfachen.In all cases, however, it is advantageous that very good measurement signals can be achieved with the aid of the film 18 or the corresponding strips. This film 18 or the strips can be inserted in a particularly simple manner during assembly in the inner sleeve 9 , so that only small changes need to be made as a particular advantage over the measuring devices previously used in practice. With the help of the metallic glasses, both a good measurement signal is obtained and these foils can be cut off from a moving belt, for example with the aid of scissors. This would particularly simplify assembly.

Statt zweier Hülsen 8, 9 könnte die Meßeinrichtung auch mit Hilfe zweier Scheiben 32, 33 betrieben werden. Hierzu ist in den Fig. 5 und 6 eine Meßeinrichtung dargestellt, die zugleich auch nicht nach der Differentialmeßmethode arbeitet und somit nur eine Spule 31 auf weist. Die beiden Scheiben 32, 33 sind zueinander deckungsgleich ausgebildet und weisen zum Beispiel acht sektorförmige Ausschnitte 34, 35 auf. Die Schlitze 34, 35 sind dabei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt und deckungsgleich zueinander angeordnet. Der freien Stirnseite der einen Scheibe 32 steht eine einlagig ge wickelte Spule 31 gegenüber, die feststehend angeordnet ist und von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen wird. Über eine Welle 38 wird am Abschnitt 37 ein Eingangsdrehmoment Me eingeleitet und am Endabschnitt 39 der Welle 39 als Ausgangsdrehmoment Ma ausge leitet. Zwischen den beiden Abschnitten 37 und 38 ist die Welle 39 auf einer vorgegebenen Länge im Durchmesser verringert, so daß sie einen Torsionsabschnitt 40 bildet. Um den bei der Torsion entstehen den Verdrehwinkel des Torsionsabschnittes 40 erfassen zu können, ist in unmittelbarer Nähe des Torsionsabschnittes 40 auf dem einen Ab schnitt 37 der Welle 38 die erste Scheibe 32 zum Beispiel mit Hilfe einer Löt- , Klebe- oder Schweißstelle 41 mit der Welle 38 verbun den. Die zweite Scheibe 33 ist mit geringem axialen Abstand hinter der ersten Scheibe 32 angeordnet und sitzt auf der Stirnseite eines Rohrs 42 auf, das mit dem Endabschnitt 39 der Welle 38 drehfest ver bunden ist. Ferner ist auf der der Spule 31 abgewandten Stirnseite der zweiten Scheibe 33 wiederum eine Folie 18 auf den Schlitzen 34 angeordnet. Die verwendeten Materialien sowohl für die Scheiben 32, 33 als auch für die Folie 18 und die Wirkungsweise der Meßein richtung entsprechen denen der oben beschriebenen Meßeinrichtung.Instead of two sleeves 8 , 9 , the measuring device could also be operated with the aid of two disks 32 , 33 . For this purpose, a measuring device is shown in FIGS . 5 and 6, which at the same time does not work according to the differential measurement method and thus has only one coil 31 . The two disks 32 , 33 are congruent with one another and have, for example, eight sector-shaped cutouts 34 , 35 . The slots 34 , 35 are evenly distributed in the circumferential direction and arranged congruently to one another. The free end face of a disc 32 is opposed to a single-layer GE wound coil 31 , which is arranged fixed and through which a high-frequency alternating current flows. Via a shaft 38 , an input torque Me is introduced at section 37 and leads out at the end section 39 of the shaft 39 as an output torque Ma. Between the two sections 37 and 38 , the shaft 39 is reduced in diameter to a predetermined length so that it forms a torsion section 40 . In order to be able to detect the twist angle of the torsion section 40 during torsion, the first disk 32 is in the immediate vicinity of the torsion section 40 on the one section 37 of the shaft 38, for example with the aid of a soldering, adhesive or welding point 41 with the Wave 38 connected. The second disc 33 is arranged at a small axial distance behind the first disc 32 and is seated on the end face of a tube 42 which is connected to the end portion 39 of the shaft 38 in a rotationally fixed manner. Furthermore, a film 18 is again arranged on the slots 34 on the end face of the second disk 33 facing away from the coil 31 . The materials used both for the disks 32 , 33 and for the film 18 and the operation of the Meßein direction correspond to those of the measuring device described above.

In den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen wird mit einer inneren Hülse ohne Schlitze gearbeitet. Hierbei be steht in der Fig. 7 die innere Hülse 9a aus elektrisch leitendem Material, zum Beispiel Al, Buntmetalle, auf der Streifen 18a aus hochpermeablen Materialien wie in den bisherigen Ausführungsbei spielen 1 bis 6 aufgebracht sind. In den Fig. 7 und 8 ist hierbei eine Hülse dargestellt, die nicht nach dem Differentialprinzip, wie die bisherigen Ausführungsbeispiele, arbeitet.In the embodiments shown in FIGS. 7 and 8, an inner sleeve without slots is used. Here be on sale in the Fig. 7, the inner sleeve 9 a of electrically conductive material, for example Al, nonferrous metals, on the strip 18 a play of highly permeable materials such as in the previous Ausführungsbei are applied 1 to 6. In Figs. 7 and 8, a sleeve of this is shown, which does not operate in accordance with the differential principle as the previous embodiments.

Alternativ ist in der Fig. 8 die innere Hülse 9b aus hochpermeablem Material hergestellt, wobei die Oberfläche der inneren Hülse 9b aus diesem Material oder die gesamte Hülse 9b aus diesem Material bestehen kann. Hier sind zur Meßsignalerzeugung Streifen 30 aus elektrisch leitendem Material aufgebracht. Wird zum Beispiel ein Band aus hochpermeablem Material auf die innere Hülse 9b aufge bracht, so können die Streifen 30 aus diesem Band herausgestanzt sein, wenn die innere Hülse 9b selbst aus elektrisch leitendem Mate rial besteht. Die äußere Hülse 8 und die Funktion der Spulen 20, 21 entspricht wiederum den in den bisher beschriebenen Ausführungsbei spielen. Selbstverständlich können die Ausführungen nach der Fig. 7 und der Fig. 8 auch auf die scheibenförmige Lösung nach den Fig. 5 und 6 sinngemäß übertragen werden.Alternatively, the inner sleeve 8 is shown in Fig. 9 b of highly permeable material, wherein the surface of the inner sleeve 9 b of this material or the entire sleeve 9 b of this material can be made. Strips 30 made of electrically conductive material are applied here for generating the measurement signal. For example, if a strip of highly permeable material on the inner sleeve 9 b be applied, the strip 30 may be punched out of this volume, when the inner sleeve 9 b itself of electrically conductive mate rial is. The outer sleeve 8 and the function of the coils 20 , 21 in turn corresponds to play in the Ausführungsbei described so far. Naturally, the embodiments can of FIG. 7 and. 8 are transmitted also to disk shaped solution according to FIGS. 5 and 6, mutatis mutandis FIG.

Claims

1. Meßeinrichtung zur berührungsfreien Erfassung eines Drehwinkels und/oder Drehmoments an einer stehenden oder rotierenden Welle (1) mit einer inneren (9) und einer äußeren Hülse (8), wobei die beiden Hülsen (8, 9) konzentrisch zur Welle (1) angeordnet sind und gegen einander drehbar und an ihren Hauptumfangsflächen in eine gleiche Anzahl mehrerer zur Wellenachse paralleler, segmentartiger Mantel flächen unterteilt sind, und von mindestens einer zu den beiden Hülsen (8, 9) gleichachsigen von Wechselstrom durchflossenen Wick lung (20, 21) umschlungen sind, deren Impedanzänderung zur Meß signalgewinnung ausgewertet wird, wobei die äußere Hülse (8) in Um fangsrichtung abwechselnd hohe und niedrige elektrische Leitfähig keit aufweist und die innere Hülse (9) in Umfangsrichtung abwech selnd Bereiche aus hochpermeablem Material und elektrisch leitendem Material aufweist.1. Measuring device for contactless detection of an angle of rotation and / or torque on a stationary or rotating shaft ( 1 ) with an inner ( 9 ) and an outer sleeve ( 8 ), the two sleeves ( 8 , 9 ) concentric to the shaft ( 1 ) are arranged and rotatable against each other and on their main circumferential surfaces are divided into an equal number of several parallel to the shaft axis, segment-like jacket surfaces, and wrapped by at least one to the two sleeves ( 8 , 9 ) coaxial with alternating current through winding ( 20 , 21 ) are whose change in impedance is evaluated for measurement signal acquisition, the outer sleeve ( 8 ) alternatingly in the circumferential direction has high and low electrical conductivity and the inner sleeve ( 9 ) alternating in the circumferential direction has alternating areas of highly permeable material and electrically conductive material.

2. Meßeinrichtung zur berührungsfreien Erfassung eines Drehwinkels und/oder Drehmoments an einer stehenden oder rotierenden Welle (38) mit einer ersten und einer zweiten Scheibe (32, 33) die gegenein ander drehbar und in eine gleiche Anzahl segmentartiger Mantel flächen unterteilt sind, wobei auf der einen Seite der einen Scheibe (32) eine von Wechselstrom durchflossene Spule (31) angeordnet ist, deren Impedanzänderung zur Meßsignalgewinnung ausgewertet wird, wobei die erste Scheibe (32) in Umfangsrichtung abwechselnd hohe und niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweist und die der Spule abgewandte, zweite Scheibe (33) abwechselnd Bereiche aus hoch permeablem Material und elektrisch leitendem Material aufweist.2. Measuring device for non-contact detection of an angle of rotation and / or torque on a standing or rotating shaft ( 38 ) with a first and a second disc ( 32 , 33 ) which can be rotated against one another and are divided into an equal number of segment-like jacket surfaces, with one side of the one disk ( 32 ) is arranged with a coil ( 31 ) through which alternating current flows, the change in impedance of which is evaluated in order to obtain the measurement signal, the first disk ( 32 ) alternately having high and low electrical conductivity in the circumferential direction and the second facing away from the coil Disc ( 33 ) alternately has areas made of highly permeable material and electrically conductive material.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (9) oder die zweite Scheibe (33) aus elektrisch leitendem Material besteht und auf der inneren Hülse (9) oder der zweiten Scheibe (33) streifenförmige Bereiche aus hochpermeablem Material aufgebracht sind.3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the inner sleeve ( 9 ) or the second disc ( 33 ) consists of electrically conductive material and on the inner sleeve ( 9 ) or the second disc ( 33 ) strip-shaped areas of high permeability Material are applied.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Oberfläche der inneren Hülse (8) oder der zweiten Scheibe (33) aus hochpermeablem Material besteht und auf der inneren Hülse (8) oder der zweiten Scheibe (33) streifenförmige Bereiche aus elektrisch leitendem Material aufgebracht sind.4. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that at least the surface of the inner sleeve ( 8 ) or the second disc ( 33 ) consists of highly permeable material and on the inner sleeve ( 8 ) or the second disc ( 33 ) strip-shaped areas are applied from electrically conductive material.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (9) aus elektrisch leitendem Material besteht und daß die innere Hülse (8) Schlitze (16, 17) aufweist und mindestens im Bereich dieser Schlitze (16, 17) auf der Innenseite der inneren Hülse (9) das hochpermeable Material aufgebracht ist.5. Measuring device according to claim 1, characterized in that the inner sleeve ( 9 ) consists of electrically conductive material and that the inner sleeve ( 8 ) has slots ( 16 , 17 ) and at least in the area of these slots ( 16 , 17 ) on the Inside the inner sleeve ( 9 ) the highly permeable material is applied.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Scheibe (33) aus elektrisch leitendem Material besteht und daß die der Spule (31) abgewandte Scheibe (32) Schlitze (34) auf weist, und mindestens im Bereich dieser Schlitze (34) auf der der Spule (31) abgewandten Seite der zweiten Scheibe (33) das hochperme able Material (18) aufgebracht ist. 6. Measuring device according to claim 2, characterized in that the second disc ( 33 ) consists of electrically conductive material and that the coil ( 31 ) facing disc ( 32 ) has slots ( 34 ), and at least in the region of these slots ( 34 ) on the side of the second disc ( 33 ) facing away from the coil ( 31 ), the highly permeable material ( 18 ) is applied.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das hochpermeable Material (18) in Form einer Folie aufgebracht ist.7. Measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the highly permeable material ( 18 ) is applied in the form of a film.

8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das hochpermeable Material (18) in Form von Streifen aufgebracht ist.8. Measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the highly permeable material ( 18 ) is applied in the form of strips.

9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das hochpermeable Material (18) metallische Gläser sind.9. Measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the highly permeable material ( 18 ) are metallic glasses.

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hochpermeable Material Vitrovac® 6025 ist.10. Measuring device according to claim 9, characterized in that the highly permeable material Vitrovac® 6025.