[go: up one dir, main page]

WO2008000012A2 - Einrichtung zur messung - Google Patents

Einrichtung zur messung Download PDF

Info

Publication number
WO2008000012A2
WO2008000012A2 PCT/AT2007/000321 AT2007000321W WO2008000012A2 WO 2008000012 A2 WO2008000012 A2 WO 2008000012A2 AT 2007000321 W AT2007000321 W AT 2007000321W WO 2008000012 A2 WO2008000012 A2 WO 2008000012A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
machine
coded
magnetized
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2007/000321
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008000012A3 (de
Inventor
Ewald Robeischl
Reinhard WÖHRNSCHIMMEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Power Drives GmbH
Original Assignee
Schneider Electric Power Drives GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Power Drives GmbH filed Critical Schneider Electric Power Drives GmbH
Publication of WO2008000012A2 publication Critical patent/WO2008000012A2/de
Publication of WO2008000012A3 publication Critical patent/WO2008000012A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring torque, in particular torque and / or rotational speed and / or rotational angle information of a test piece or a work machine, with an electrical machine, in particular a testing machine or optionally a control machine, wherein the test specimen or the working machine with the electric machine via a shaft, optionally with the interposition of at least one coupling element is connected.
  • the pendulum machine is usually a separately excited DC machine, which is connected via a coupling with the machine to be tested. Your housing is freely suspended by two additional pedestal bearings, so that the reaction torque can be measured with a spring balance or a pressure sensor via a lever arm.
  • asynchronous machines are known as pendulum machines.
  • pendulum machines for speed measurement is known for example from AT 200 363 B1.
  • WO 2005/064 281 A1 a position sensor with a magnetic code on the object and a detector and a Position indicator described. Furthermore, the introduction of the magnetized code and the evaluation of the waveforms are shown.
  • Another torque sensor is known from WO 2005/064 301 A1. It also shows the form of introducing the current pulses on both longitudinal axes and circumferentially around a core. The sensor is for example a shaft. The current range for magnetization and the duration of the pulses and variations of the pulses are explained. The method of magnetizing is described in detail, which can be done in several steps.
  • WO 2005/064 302 A2 discloses methods and apparatus for magnetizing and calibrating sensors and the accessories.
  • a device and methods for detecting sensor events is known from WO 2005/064303 A1.
  • differential detectors for the detection of magnetic areas are described, which run longitudinally and circumferentially at different depths.
  • WO 2005/064 623 A2 discloses a method and a device for matching the magnetization of magnetized objects. It is proposed to surround magnetized areas on an object with one or more Entmagnetisierspulen.
  • EP 1 375 945 A1 discloses a torque detection arrangement or a wear detection arrangement for a friction clutch.
  • the object of the invention is to provide a device of the aforementioned type with which a highly dynamic measurement of the data is possible and which corresponds to the current requirements of the limit data from the side of the measurement accuracy.
  • the object is achieved by the invention.
  • the device according to the invention is characterized in that the shaft of the electric machine has at least one of its bearings a coded magnetized measuring range as an actuator which, preferably a magnetized magnetic field according to predetermined parameters, that in the region of this measuring range at least one sensor, preferably at least two sensors, the or the magnetic information of the magnetic field detect, is or are provided and that the or the sensors or electrically or optically, preferably serially, with a processing and
  • Processing electronics is connected or are. With the invention, it is possible for the first time to carry out the measurements of torque, in particular torque and / or rotational speed and / or rotational angle information of a test piece or a working machine economically, namely preferably with a test set-up, the mechanical values of the shaft not being in any way Be influenced.
  • the coded-magnetized measuring area is provided outside or inside the bearing of the shaft.
  • the measuring range outside of the bearing has the advantage that at any time - to make changes without intervention in the machine - the sensors can be replaced.
  • An arrangement of the measuring range within the bearing can bring constructive advantages.
  • the coded-magnetized measuring range is provided in front of one or both bearing areas of the driven-side bearing.
  • Torque and speed values are available and thus can be measured.
  • the coded-magnetized measuring range of the shaft optionally determined according to the shaft diameter, wherein in particular the layer thickness in the shaft is at least 1%, preferably 10%, of the shaft diameter. This ensures that a correspondingly strong magnetic field is generated for the measurement.
  • the magnetic coding of the measuring range takes place before the installation of the shaft. This ensures that the introduction or the application of the magnetic field is substantially simplified. Of course, it must be ensured that the further production steps are carried out during the assembly of the electric machine without loss of quality for the final measurements.
  • the length of the coded-magnetized measuring range is determined according to the shaft diameter. According to this dimensioning formula can - regardless of the shaft diameter - always find the same sensors use.
  • the length of the coded-magnetized measuring range is independent of the shaft diameter.
  • the sensor is designed as a coil arrangement and evaluates the magnetic field-dependent inductance of the shaft or of the wave range.
  • Such coil arrangements provide a highly accurate result with minimal space requirements.
  • such coil assemblies have a diameter of 3.5 mm with a length of 12 mm.
  • two coil arrangements are switched against each other, since a compensation method is used as the measuring method.
  • the senor or sensors are arranged outside or inside, on the housing and / or on the end shield of the bearing of the electric machine. As already mentioned, a rational interchangeability of the sensors is given by this.
  • the coded-magnetized measuring range of the shaft and the sensor (s) are provided in an area free of other magnetic field influences and detect or detect, in particular, only the magnetic field influences of the coded-magnetized measuring range, whereby foreign influences, such as the geomagnetic field , not recorded. This avoids extraneous influences that could influence the highly accurate measurement result. In this context may be mentioned that even the geomagnetic field must be taken into account in the measurement.
  • the electric machine is designed as a control machine and the working machine, for example, a tunnel boring drive, an extruder or a crane drive.
  • the work machine could also be an injection molding or calendering machine.
  • the electrical machine is designed as a control machine and the test specimen, for example, a
  • Fig. 1 shows an electrical machine with a coded-magnetized measuring range of the shaft and the arrangement of the sensors
  • Fig. 2 shows the magnetization curve of the measuring range in the initial state
  • Fig. 3 shows the magnetization curve with externally applied torque.
  • an electrical machine 1 is shown with its free end of the shaft 2.
  • the shaft end 2 of the shaft 3 is mounted with bearings 4 in the housing 5 and in the bearing plate.
  • the electric machine 1 serves as a testing machine, wherein the - not shown - test object or the working machine with the electric machine 1 via the shaft 3, with the interposition of at least one coupling element 6, such as a flange connected.
  • the test object or the working machine is flanged to the coupling element 6.
  • the shaft 3 of the electric machine 1 has at least one or in front of a driven-side bearing region of the bearing 4 a coded-magnetized measuring range 7 as an actuator.
  • the coded-magnetized measuring area 7 is provided outside the bearings 4.
  • the coded-magnetized measuring area 7 is a magnetized magnetic field according to specified parameters.
  • the application or introduction of the magnetic field takes place in accordance with the method indicated in the introduction in the prior art.
  • the magnetic coding of the measuring range 7 takes place before the shaft 3 is installed in the electrical machine 1.
  • the coded-magnetized measuring range 7 of the shaft 3 is determined according to the shaft diameter, wherein in particular the layer thickness in the shaft (3) is at least 1%, preferably 10%, of the shaft diameter. Furthermore, in particular, the length of the coded-magnetized measuring area 7 is determined in accordance with the shaft diameter.
  • At least one sensor 8 preferably at least two sensors, which detect the magnetic information of the magnetic field, is provided in the region of this measuring region 7.
  • the sensors 8 are preferably designed as a coil arrangement and evaluate the magnetic field-dependent inductance. Further, the or the sensors 8 are connected to a processing and processing electronics 9.
  • the coded-magnetized measuring area 7 of the shaft 3 and the sensors 8 are provided in a region free from other magnetic field influences.
  • the electrical machine 1 is designed as a control machine and the machine is for example a tunnel boring drive, an extruder or a crane drive.
  • a speed / torque controlled drive is given, which operates highly dynamically and highly accurate.
  • the electrical machine is designed as a control machine and the candidate is, for example, an internal combustion engine, a transmission, a turbine or an electric machine.
  • the method for measuring torque, in particular torque and / or rotational speed and / or rotational angle information of a test object or a work machine is briefly shown below.
  • the ferromagnetic wave 3 is magnetically coded in a region, the measuring region 7, by introducing there an axial current pulse, which results in a radially extending magnetic field. After the end of the current pulse, a radial magnetization thus remains, which closes in the interior of the shaft 3.
  • the time-varying axial current pulse is not uniformly distributed over the cross section due to eddy current effects, but it flows substantially only from the surface up to a certain penetration depth.
  • a second current pulse in opposite direction to the first and with a different time course thus also has a different penetration depth.
  • the magnetization, according to this pulse thus points in the opposite direction and is also at a different radial distance from the shaft center, as the remanence of the first current pulse.
  • two oppositely magnetized areas can be set at different depths in the shaft, which corresponds to a constellation which is usually used for a good measuring effect.
  • the effect of the inverse magnetostriction is utilized. Due to a torque occurs in the shaft material to a torsional stress. The atoms of the ferromagnetic material are small elemental magnets and firmly anchored in the crystal lattice. Due to the torsional stress acting on the crystal lattice, the
  • Fig. 2 this principle is indicated by means of a shaft 3, which has only one magnetization region, the measuring region 7, which is sufficient for the basic function. It is shown the initial state.
  • the magnetization - indicated by the arrows 10 - and the resulting magnetic flux are purely radial and close concentrically in the shaft interior.
  • Fig. 3 shows the shaft 3, which transmits a torque.
  • the larger magnetization component of course remains the radially directed one.
  • the added axial field - indicated by the arrows 11 - now runs partly over the shaft interior, where the material is not magnetically encoded, but also partially over air.
  • the external axial magnetic field can be detected by the sensors 8 mounted near the shaft surface. These sensors 8 are coils with a thin ferromagnetic core, which change their electromagnetic properties by the magnetic field of the shaft 3.
  • An evaluation or a processing and processing electronics 9 detects this behavior, which can be concluded on the torque back.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von Momenten-, insbesondere Drehmomenten- und/oder Drehzahl- und/oder Drehwinkelinformationen eines Prüflings oder einer Arbeitsmaschine, mit einer elektrischen Maschine (1), insbesondere einer Prüfmaschine oder gegebenenfalls einer Regelmaschine. Der Prüfling bzw. die Arbeitsmaschine ist mit der elektrischen Maschine (1) über eine Welle (3), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung mindestens eines Kupplungselementes, verbunden. Die Welle (3) der elektrischen Maschine (1) weist nahe mindestens einem ihrer Lager (4) einen codiert-magnetisierten Messbereich (7) als Aktuator auf, der, vorzugsweise ein nach festgelegten Parametern, aufmagnetisiertes Magnetfeld ist. Im Bereich dieses Messbereiches (7) ist mindestens ein Sensor (8) bzw. sind vorzugsweise mindestens zwei Sensoren, der bzw. die die magnetischen Informationen des Magnetfeldes erfassen, vorgesehen. Der bzw. die Sensoren (8) ist bzw. sind elektrisch oder optisch, vorzugsweise seriell, mit einer Aufbereitungs- und Verarbeitungselektronik (9) verbunden.

Description

Einrichtung zur Messung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von Momenten-, insbesondere Drehmomenten- und/oder Drehzahl- und/oder Drehwinkelinformationen eines Prüflings oder einer Arbeitsmaschine, mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Prüfmaschine oder gegebenenfalls einer Regelmaschine, wobei der Prüfling bzw. die Arbeitsmaschine mit der elektrischen Maschine über eine Welle, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung mindestens eines Kupplungselementes, verbunden ist.
Es ist an sich lange bekannt, zur Belastungsprüfung von Arbeitsmaschinen oder Prüflingen elektrische Maschinen, vorwiegend Gleichstrom-Pendelmaschinen, zu verwenden. Die elektrische Maschine hat gegenüber den mechanischen Belastungseinrichtungen den Vorteil der Energierückgewinnung.
Die Pendelmaschine ist in der Regel eine fremderregte Gleichstrommaschine, die über eine Kupplung mit der zu prüfenden Maschine verbunden ist. Ihr Gehäuse ist durch zwei zusätzliche Stehlager frei beweglich aufgehängt, so dass über einen Hebelarm das Reaktionsmoment mit einer Federwaage oder einem Druckaufnehmer gemessen werden kann.
Darüber hinaus sind auch Asynchronmaschinen als Pendelmaschinen bekannt.
Die Verwendung von Pendelmaschinen zur Drehzahlmessung ist beispielsweise aus der AT 200 363 B1 bekannt.
Nachteilig bei dieser Prüfmethode ist der enorme Aufwand für die Pendelmaschine sowie für den Drehmomentmessflansch mit seinen Dehnmessstreifen.
Ferner sind verschiedene berührungslose Sensorlösungen zur Erfassung von Drehmoment, Position und Kraft bekannt. So ist in der WO 2005/064 281 A1 ein Positions-Sensor mit einem Magnetcode am Objekt und einem Detektor sowie ein Positionsanzeigegerät beschrieben. Ferner werden die Einbringung des magnetisierten Codes und die Auswertung der Kurvenformen aufgezeigt. Ein weiterer Drehmomentsensor ist aus der WO 2005/064 301 A1 bekannt. Es wird auch die Form der Einbringung der Strom-Pulse sowohl auf longitudinalen Achsen, wie auch umlaufend um einen Kern, aufgezeigt. Der Sensor ist beispielsweise eine Welle. Der Strom-Bereich zur Magnetisierung und die Dauer der Impulse sowie Variationen der Impulse werden erläutert. Die Methode des Magnetisierens wird detailliert beschrieben, wobei dies in mehreren Schritten erfolgen kann.
Aus der WO 2005/064 302 A2 sind Methoden und Apparate zur Magnetisierung und Kalibrierung von Sensoren sowie das Zubehör bekannt.
Eine Einrichtung und Methoden zur Erkennung von Sensorereignissen ist aus der WO 2005/064 303 A1 bekannt. Dabei werden Differenzdetektoren zur Erkennung magnetischer Bereiche beschrieben, die longitudinal wie umlaufend in unterschiedlicher Tiefe verlaufen.
Schließlich ist noch aus der WO 2005/064 623 A2 eine Methode und eine Vorrichtung zur Abgleichung der Magnetisierung magnetisierter Objekte bekannt. Dabei wird vorgeschlagen, magnetisierte Bereiche auf einem Objekt mit einer oder mehreren Entmagnetisierspulen zu umgeben.
Ferner ist aus der DE 103 06 594 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Drehmomentes in hydraulischen Antriebseinheiten bekannt. Eine magnetische Drehmomentmessung wird auch in der WO 01/96826 A2 aufgezeigt. Schließlich ist aus der EP 1 375 945 A1 eine Drehmomenterfassungsanordnung bzw. eine Verschleißerfassungsanordnung für eine Reibungskupplung bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen mit der eine hochdynamische Messung der Daten möglich ist und die von Seiten der Messgenauigkeit den heutigen Anforderungen der Grenzdaten entspricht. Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der elektrischen Maschine nahe mindestens einem ihrer Lager einen codiert- magnetisierten Messbereich als Aktuator aufweist, der, vorzugsweise ein nach festgelegten Parametern, aufmagnetisiertes Magnetfeld ist, dass im Bereich dieses Messbereiches mindestens ein Sensor, vorzugsweise mindestens zwei Sensoren, der bzw. die die magnetischen Informationen des Magnetfeldes erfassen, vorgesehen ist bzw. sind und dass der bzw. die Sensoren elektrisch oder optisch, vorzugsweise seriell, mit einer Aufbereitungs- und
Verarbeitungselektronik verbunden ist bzw. sind. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die Messungen von Momenten-, insbesondere Drehmomenten- und/oder Drehzahl- und/oder Drehwinkelinformationen eines Prüflings bzw. einer Arbeitsmaschine wirtschaftlich, nämlich vorzugsweise mit einem Prüfaufbau, durchzuführen, wobei die mechanischen Werte der Welle in keinerlei Hinsicht beeinflusst werden.
Als elektrische Maschine kann praktisch die komplette Palette verwendet werden. Vorzugsweise können permanent erregte Synchronmaschinen Verwendung finden. Jedoch ist die Verwendung einer Asynchronmaschine genauso denkbar, wie auch Gleichstrommaschinen.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist also der gravierende Vorteil gegeben, dass eine hohe Wirtschaftlichkeit erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die Ölfreiheit der erfindungsgemäßen Einrichtung keine
Ölverschmutzung der Umwelt gegeben ist, das insbesondere bei Lackierstrassen in der Autoindustrie von immenser Bedeutung ist.
Ebenso ist in der hochdynamischen Messmöglichkeit ein großer Vorteil zu sehen, da schnellste Änderungen der Drehzahl bzw. des Drehmomentes erfasst werden können. Nach einem Merkmal der Erfindung ist der codiert-magnetisierte Messbereich außerhalb oder innerhalb des Lagers der Welle vorgesehen. Bei einer Anordnung des Messbereiches außerhalb des Lagers ist der Vorteil gegeben, dass jederzeit - ohne Eingriffe in der Maschine vorzunehmen - die Sensoren getauscht werden können. Eine Anordnung des Messbereiches innerhalb des Lagers kann konstruktive Vorteile bringen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der codiert-magnetisierte Messbereich vor einem oder beiden Lagerbereichen des abtriebsseitigen Lagers vorgesehen. Der Vorteil liegt darin, dass in diesem Bereich unverfälschte
Drehmoment- und Drehzahlwerte vorliegen und somit gemessen werden können.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der codiert- magnetisierte Messbereich der Welle, gegebenenfalls entsprechend dem Wellendurchmesser, festgelegt, wobei insbesondere die Schichtdicke in der Welle mindestens 1 %, vorzugsweise 10%, des Wellendurchmessers beträgt. Dadurch ist sicher gestellt, dass ein entsprechend starkes Magnetfeld für die Messung generiert ist.
Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung erfolgt die magnetische Kodierung des Messbereiches vor dem Einbau der Welle. Dadurch ist gewährleistet, dass die Einbringung bzw. die Aufbringung des Magnetfeldes wesentlich vereinfacht ist. Natürlich muss sichergestellt werden, dass die weiteren Produktionsschritte während des Zusammenbaues der elektrischen Maschine, ohne Qualitätsverlust für die endgültigen Messungen, durchgeführt werden.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge des codiert- magnetisierten Messbereiches entsprechend dem Wellendurchmesser festgelegt. Entsprechend dieser Dimensionierungsformel kann - unabhängig vom Wellendurchmesser - immer die gleiche Sensorik Verwendung finden.
Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge des codiert-magnetisierten Messbereiches unabhängig vom Wellendurchmesser. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor als Spulenanordnung ausgebildet und wertet die magnetfeldabhängige Induktivität der Welle bzw. des Wellenbereiches aus. Derartige Spulenanordnungen liefern ein hochgenaues Ergebnis bei geringstem Platzbedarf. Beispielsweise weisen derartige Spulenanordnungen einen Durchmesser von 3,5 mm bei einer Länge von 12 mm auf. Bei einer bevorzugten Ausführung werden zwei Spulenanordnungen gegeneinander geschaltet, da als Messverfahren ein Kompensationsverfahren Anwendung findet.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist bzw. sind der bzw. die Sensoren außerhalb oder innerhalb, am Gehäuse und/oder am Lagerschild des Lagers der elektrischen Maschine angeordnet. Wie bereits erwähnt, ist eine rationelle Tauschbarkeit der Sensoren dadurch gegeben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der codiert-magnetisierte Messbereich der Welle und der bzw. die Sensoren in einem von anderen Magnetfeldeinflüssen freien Bereich vorgesehen und erfasst bzw. erfassen insbesondere nur die Magnetfeldeinflüsse des codiert-magnetisierten Messbereiches, wobei Fremdeinflüsse, wie beispielsweise das Erdmagnetfeld, nicht erfasst werden. Dadurch werden Fremdeinflüsse vermieden, die das hochgenaue Messergebnis beeinflussen könnten. In diesem Zusammenhang darf erwähnt werden, dass sogar das Erdmagnetfeld bei der Messung berücksichtigt werden muss.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung sind über den codiert- magnetisierten Messbereich der Welle und dem bzw. den Sensoren Gefügeveränderungen der Welle, insbesondere Risse an der Oberfläche, messbar bzw. erfassbar, wobei diese Gefügeveränderungen der Welle Änderungen des codiert-magnetisierten Messbereich hervorrufen. Durch diese Ausgestaltung ist der Vorteil gegeben, dass der Zustand der Welle kontrolliert werden kann. Etwaige Haarrisse könnten das Messergebnis negativ beeinflussen bzw. es verfälschen. Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist die elektrische Maschine als Regelmaschine ausgebildet und die Arbeitsmaschine beispielsweise ein Tunnelbohrantrieb, ein Extruder oder ein Kranlaufwerk. Natürlich könnte die Arbeitsmaschine auch eine Spritzguss- oder Kalandermaschine sein. Durch die Ausführung der elektrischen Maschine als Regelmaschine ist ein
Drehzahl/Drehmoment geregelter Antrieb gegeben, der hochdynamisch und hochgenau arbeitet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Maschine als Regelmaschine ausgebildet und der Prüfling beispielsweise eine
Verbrennungskraftmaschine, ein Getriebe, eine Turbine oder eine elektrische Maschine. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt vor allem darin, dass der Wirkungsgrad oder die Verluste genau ermittelt werden können.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, an Hand dessen die Erfindung näher erläutert wird.
Die Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine mit einem codiert-magnetisierten Messbereich der Welle und die Anordnung der Sensoren, Fig. 2 den Magnetisierungsverlauf des Messbereiches im Ausgangszustand und Fig. 3 den Magnetisierungsverlauf mit extern aufgebrachtem Drehmoment.
Entsprechend der Fig. 1 ist eine elektrische Maschine 1 mit ihrem freien Wellenende 2 dargestellt. Das Wellenende 2 der Welle 3 ist mit Lagern 4 im Gehäuse 5 bzw. im Lagerschild gelagert. Die elektrische Maschine 1 dient als Prüfmaschine, wobei der - nicht dargestellte - Prüfling bzw. die Arbeitsmaschine mit der elektrischen Maschine 1 über die Welle 3, unter Zwischenschaltung mindestens eines Kupplungselementes 6, wie beispielsweise eines Flansches, verbunden ist. Zur Messung von Momenten-, insbesondere Drehmomenten- und/oder Drehzahl- und/oder Drehwinkelinformationen eines Prüflings oder einer Arbeitsmaschine, wird der Prüfling bzw. die Arbeitsmaschine an das Kupplungselement 6 angeflanscht. Die Welle 3 der elektrischen Maschine 1 weist nahe mindestens einem bzw. vor einem abtriebsseitigen Lagerbereich der Lager 4 einen codiert-magnetisierten Messbereich 7 als Aktuator auf. Insbesondere ist der codiert-magnetisierte Messbereich 7 außerhalb der Lager 4 vorgesehen. Der codiert-magnetisierte Messbereich 7 ist ein nach festgelegten Parametern aufmag netisiertes Magnetfeld. Die Aufbringung bzw. Einbringung des Magnetfeldes erfolgt entsprechend den einleitend im Stand der Technik aufgezeigten Verfahren. Die magnetische Kodierung des Messbereiches 7 erfolgt vor dem Einbau der Welle 3 in die elektrische Maschine 1.
Der codiert-magnetisierte Messbereich 7 der Welle 3 wird entsprechend dem Wellendurchmesser festgelegt, wobei insbesondere die Schichtdicke in der Welle (3) mindestens 1 %, vorzugsweise 10%, des Wellendurchmessers beträgt. Ferner wird insbesondere auch die Länge des codiert-magnetisierten Messbereiches 7 entsprechend dem Wellendurchmesser festgelegt.
Im Bereich dieses Messbereiches 7 ist mindestens ein Sensor 8, vorzugsweise mindestens zwei Sensoren, die die magnetischen Informationen des Magnetfeldes erfassen, vorgesehen. Die Sensoren 8 sind vorzugsweise als Spulenanordnung ausgebildet und werten die magnetfeldabhängige Induktivität aus. Ferner ist bzw. sind der bzw. die Sensoren 8 mit einer Aufbereitungs- und Verarbeitungselektronik 9 verbunden.
Der codiert-magnetisierte Messbereich 7 der Welle 3 und die Sensoren 8 sind in einem von anderen Magnetfeldeinflüssen freien Bereich vorgesehen. Es ist natürlich selbstverständlich, dass im Sinne der Technik damit ein äußerst magnetfeldschwacher Bereich gemeint ist.
Mit dieser Einrichtung ist eine hochdynamische und vor allem hochgenaue Messmöglichkeit für die Messung von Momenten-, insbesondere Drehmomenten- und/oder Drehzahl- und/oder Drehwinkelinformationen eines Prüflings oder einer Arbeitsmaschine gegeben. Ein gravierender Vorteil dieser Einrichtung ist auch darin zu sehen, dass über den codiert-magnetisierten Messbereich 7 der Welle 3 und den Sensoren 8 Gefügeveränderungen der Welle 3, insbesondere Risse an der Oberfläche, messbar bzw. erfassbar sind. Eine stete Kontrolle ist dadurch gewährleistet.
Eine weitere Anwendung ist dann gegeben, wenn die elektrische Maschine 1 als Regelmaschine ausgebildet ist und die Arbeitsmaschine beispielsweise ein Tunnelbohrantrieb, ein Extruder oder ein Kranlaufwerk ist. Mit dieser Ausführung der elektrischen Maschine 1 als Regelmaschine ist ein Drehzahl/Drehmoment geregelter Antrieb gegeben, der hochdynamisch und hochgenau arbeitet.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind gegeben, wenn die elektrische Maschine als Regelmaschine ausgebildet ist und der Prüfling beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, ein Getriebe, eine Turbine oder eine elektrische Maschine ist.
Nachstehend wird kurz das Verfahren zur Messung von Momenten-, insbesondere Drehmomenten- und/oder Drehzahl- und/oder Drehwinkelinformationen eines Prüflings oder einer Arbeitsmaschine aufgezeigt.
Die Voraussetzung für das Funktionieren dieser Methode ist ein ferromagnetischer Werkstoff für die Maschinenwelle. Diese Werkstoffe haben die Eigenschaft, dass nach Anlegen eines äußeren Magnetfeldes eine Magnetisierung des Werkstoffes, die sogenannte Remanenz, aufrecht bleibt.
Die ferromagnetische Welle 3 wird in einem Bereich, dem Messbereich 7, magnetisch codiert, indem dort ein axialer Stromimpuls, welcher ein radial verlaufendes Magnetfeld zur Folge hat, eingeleitet wird. Nach Ende des Stromimpulses bleibt somit eine radiale Magnetisierung aufrecht, welche sich im Inneren der Welle 3 schließt.
Der zeitlich veränderliche axiale Stromimpuls ist aufgrund von Wirbelstromeffekten nicht gleichmäßig über den Querschnitt verteilt, vielmehr fließt er im Wesentlichen nur von der Oberfläche ausgehend bis zu einer gewissen Eindringtiefe. Ein zweiter Stromimpuls in gegensätzlicher Richtung zum ersten und mit einem unterschiedlichen zeitlichen Verlauf hat somit auch eine unterschiedliche Eindringtiefe. Die Magnetisierung, zufolge dieses Impulses, weist also in die entgegengesetzte Richtung und liegt auch in einem anderen radialen Abstand von der Wellenmitte, als die Remanenz des ersten Stromimpulses. Mit dieser Vorgehensweise lassen sich zwei entgegengesetzt magnetisierte Bereiche in unterschiedlicher Tiefe in der Welle einstellen, was einer Konstellation entspricht, welche üblicherweise für einen guten Messeffekt eingesetzt wird.
Zur Drehmomentmessung wird der Effekt der inversen Magnetostriktion ausgenützt. Zufolge eines Drehmoments kommt es im Wellenmaterial zu einer Torsionsspannung. Die Atome des ferromagnetischen Werkstoffes sind kleine Elementarmagnete und fest im Kristallgitter verankert. Zufolge der Torsionsspannung, welche auf das Kristallgitter einwirkt, werden die
Elementarmagnete neu ausgerichtet, so dass die ursprüngliche, rein radiale Magnetisierung nun eine axiale Komponente erfährt. Die Feldlinien dieser axialen Magnetisierung treten aus dem magnetisch codierten Abschnitt der Welle aus und schließen sich sowohl durch das Welleninnere, als auch über Luft.
In Fig. 2 ist dieses Prinzip anhand einer Welle 3 angedeutet, die nur einen Magnetisierungsbereich, den Messbereich 7, hat, was für die grundlegende Funktion ausreichend ist. Es ist der Ausgangszustand dargestellt. Die Magnetisierung - angedeutet mit den Pfeilen 10 - und der resultierende magnetische Fluss sind rein radial und schließen sich konzentrisch im Welleninneren.
Fig. 3 zeigt die Welle 3, welche ein Drehmoment überträgt. Nach wie vor die größere Magnetisierungskomponente bleibt natürlich die radial gerichtete. Das hinzukommende axiale Feld - angedeutet mit den Pfeilen 11 - verläuft nun zum Teil über das Welleninnere, wo der Werkstoff nicht magnetisch codiert ist, aber auch teilweise über Luft. Das äußere, axiale Magnetfeld kann von den nahe der Wellenoberfläche angebrachten Sensoren 8 erfasst werden. Bei diesen Sensoren 8 handelt es sich um Spulen mit einem dünnen ferromagnetischen Kern, welche durch das Magnetfeld der Welle 3 ihre elektromagnetischen Eigenschaften ändern. Eine Auswerteelektronik bzw. eine Aufbereitungs- und Verarbeitungselektronik 9 detektiert dieses Verhalten, womit auf das Drehmoment rück geschlossen werden kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Messung von Momenten-, insbesondere Drehmomenten- und/oder Drehzahl- und/oder Drehwinkelinformationen eines Prüflings oder einer Arbeitsmaschine, mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Prüfmaschine oder gegebenenfalls einer Regelmaschine, wobei der Prüfling bzw. die Arbeitsmaschine mit der elektrischen Maschine über eine Welle, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung mindestens eines Kupplungselementes, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Welle (3) der elektrischen Maschine (1) nahe mindestens einem ihrer Lager (4) einen codiert-magnetisierten Messbereich (7) als Aktuator aufweist, der, vorzugsweise ein nach festgelegten Parametern, aufmagnetisiertes Magnetfeld ist, dass im Bereich dieses Messbereiches (7) mindestens ein Sensor (8), vorzugsweise mindestens zwei Sensoren, der bzw. die die magnetischen Informationen des Magnetfeldes erfassen, vorgesehen ist bzw. sind und dass der bzw. die Sensoren (8) elektrisch oder optisch, vorzugsweise seriell, mit einer Aufbereitungs- und Verarbeitungselektronik (9) verbunden ist bzw. sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der codiert- magnetisierte Messbereich (7) außerhalb oder innerhalb des Lagers (4) der Welle (3) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der codiert-magnetisierte Messbereich (7) vor einem oder beiden Lagerbereichen des abtriebsseitigen Lagers (4) vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der codiert-magnetisierte Messbereich (7) der Welle
(3), gegebenenfalls entsprechend dem Wellendurchmesser, festgelegt wird, wobei insbesondere die Schichtdicke in der Welle (3) mindestens 1%, vorzugsweise 10%, des Wellendurchmessers beträgt.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kodierung des Messbereiches (7) vor dem Einbau der Welle (3) erfolgt.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des codiert-magnetisierten Messbereiches (7) entsprechend dem Wellendurchmesser festgelegt ist.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des codiert-magnetisierten Messbereiches
(7) unabhängig vom Wellendurchmesser ist.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) als Spulenanordnung ausgebildet ist und die magnetfeldabhängige Induktivität der Welle (3) bzw. des
Wellenbereiches auswertet.
9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Sensoren (8) außerhalb oder innerhalb, am Gehäuse (5) und/oder am Lagerschild des Lagers (4) der elektrischen
Maschine (1) angeordnet ist bzw. sind.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der codiert-magnetisierte Messbereich (7) der Welle (3) und der bzw. die Sensoren (8) in einem von anderen
Magnetfeldeinflüssen freien Bereich vorgesehen sind und insbesondere nur die Magnetfeldeinflüsse des codiert-magnetisierten Messbereiches (7) erfasst bzw. erfassen, wobei Fremdeinflüsse, wie beispielsweise das Erdmagnetfeld, nicht erfasst werden.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über den codiert-magnetisierten Messbereich (7) der Welle (3) und dem bzw. den Sensoren (8) Gefügeveränderungen der Welle (3), insbesondere Risse an der Oberfläche, messbar bzw. erfassbar sind, wobei diese Gefügeveränderungen der Welle (3) Änderungen des codiert- magnetisierten Messbereich (7) hervorrufen.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) als Regelmaschine ausgebildet ist und die Arbeitsmaschine beispielsweise ein Tunnelbohrantrieb, ein Extruder oder ein Kranlaufwerk ist.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) als Regelmaschine ausgebildet ist und der Prüfling beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, ein Getriebe, eine Turbine oder eine elektrische Maschine ist.
PCT/AT2007/000321 2006-06-30 2007-06-28 Einrichtung zur messung Ceased WO2008000012A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT11032006A AT504137B1 (de) 2006-06-30 2006-06-30 Einrichtung zur messung
ATA1103/2006 2006-06-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008000012A2 true WO2008000012A2 (de) 2008-01-03
WO2008000012A3 WO2008000012A3 (de) 2008-06-26

Family

ID=38845991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2007/000321 Ceased WO2008000012A2 (de) 2006-06-30 2007-06-28 Einrichtung zur messung

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT504137B1 (de)
WO (1) WO2008000012A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT507621B1 (de) * 2008-12-04 2015-01-15 Sony Emcs Malaysia Sdn Bhd Störschallunterdrückende vorrichtung
WO2016162028A1 (de) * 2015-04-07 2016-10-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung und verfahren zur berührungslosen messung eines momentes an einem maschinenelement

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009016105B4 (de) * 2009-02-20 2017-11-16 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Beanspruchung rotierender Wellen

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6275328A (ja) * 1985-09-30 1987-04-07 Toshiba Corp トルクセンサ
JP2545365B2 (ja) * 1986-04-21 1996-10-16 株式会社豊田中央研究所 トルク測定装置
US5269178A (en) * 1990-12-10 1993-12-14 Sensortech, L.P. Engine misfire, knock of roughness detection method and apparatus
US5440915A (en) * 1994-09-09 1995-08-15 Storar; Robert C. Method and apparatus for measuring friction torque
US7127797B1 (en) * 2000-04-20 2006-10-31 Kilmartin Brian D Imparting compressive hoop stress into a bonded magnetoelastic element by means of diameter reduction of the underlying shaft
IL153088A0 (en) * 2000-06-14 2003-06-24 Fast Technology Ag Magnetic transducer torque measurement
GB0103036D0 (en) * 2001-02-07 2001-03-21 Fast Technology Ag Longitudinally-magnetised transducer
US6817253B2 (en) * 2002-03-14 2004-11-16 Sauer-Danfoss Inc. Method and means for measuring torque in hydraulic power units
DE10229084A1 (de) * 2002-06-28 2004-01-29 Zf Sachs Ag Reibungskupplung mit einer Drehmomenterfassungsanordnung und einer Verschleißerfassungsanordnung, Drehmomenterfassungsanordnung bzw. Verschleißerfassungsanordnung für eine Reibungskupplung
GB0222296D0 (en) * 2002-09-25 2002-10-30 Fast Technology Ag Torque signal transmission
US20080257070A1 (en) * 2004-08-02 2008-10-23 Nctengineering Gmbh Sensor Electronic
EP1844307A1 (de) * 2005-02-01 2007-10-17 NCTEngineering GmbH Positionssensor und waschmaschine
ATE430925T1 (de) * 2005-07-11 2009-05-15 Nct Engineering Gmbh Drehwinkelsensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT507621B1 (de) * 2008-12-04 2015-01-15 Sony Emcs Malaysia Sdn Bhd Störschallunterdrückende vorrichtung
WO2016162028A1 (de) * 2015-04-07 2016-10-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung und verfahren zur berührungslosen messung eines momentes an einem maschinenelement
CN107407608A (zh) * 2015-04-07 2017-11-28 舍弗勒技术股份两合公司 用于非接触式地测量在机械部件上的力矩的装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
AT504137B1 (de) 2008-03-15
AT504137A4 (de) 2008-03-15
WO2008000012A3 (de) 2008-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2769192B1 (de) Magnetoelastischer torsions- oder drehmomentsensor und verfahren zum ermitteln einer torsion oder eines drehmomentes mit hilfe eines derartigen sensors.
EP2137504B1 (de) Wellenanordnung mit einem wälzlager
EP1769239B1 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien prüfung von rohren
DE102013218708B4 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Position zweier Aktuatorkolben
DE102011089605A1 (de) Vorrichtung mit Messeinrichtung zum Messen von Kräften und/ oder Belastungen
EP3563117A1 (de) Sensoreinrichtung
DE102010031976A1 (de) Ermittlung der Ankopplung von Teilen an einer Maschine
DE102017104547A1 (de) Drucksensor sowie Druckmessverfahren
DE102020203914A1 (de) System zur Drehmomentmessung sowie Verfahren
DE4126707A1 (de) Wirbelstromsensor
EP1847810A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Positionsdetektion
EP4116688B1 (de) Drehmomentmessung an einer scheibe
DE102018213674A1 (de) Sensorzusammenbau zur Koordinatenmessung an einem Werkstück
EP3108210B1 (de) Sensoranordnung und verfahren zum bestimmen einer position und/oder einer positionsänderung eines messobjekts
WO2008000012A2 (de) Einrichtung zur messung
DE112021002475T5 (de) Elektromagnetisches bohrlochmessgerät
DE10214685A1 (de) Vorrichtung zur Erfassung des Wegs von Ventil-Hubbewegungen
EP2051090B1 (de) Sonde für ein Magnet-Remanenz-Messverfahren und Verfahren zur Detektion von Fremdmaterialablagerungen und Einschlüssen in Hohlräumen
DE10221340A1 (de) Sensoranordnung zur Detektierung eines Drehwinkels einer Welle
DE102017130033A1 (de) Detektionsvorrichtung und Verfahren zur Detektion von magnetischen Partikeln in Schmierstoffen
DE102016217856A1 (de) Verfahren zur Einrichtung eines Sensorsystems mit einem Multiturnsensor
DE102020101350B4 (de) Kupplungsanordnung für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs
EP3574297B1 (de) Magnetischer kraftsensor und dessen herstellung
EP3809099B1 (de) Längen- und geschwindigkeitsmessung auf hydraulischen, pneumatischen und elektrischen zylindern für mobile und stationäre anwendungen
DE102012206484A1 (de) Kraftstoffinjektor mit einer Vorrichtung zur Messung eines Ankerhubs

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07763721

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07763721

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2