DE19941683A1

DE19941683A1 - Measuring system for ascertaining the torque-related angle of torsion of a shaft e.g. of a combustion engine

Info

Publication number: DE19941683A1
Application number: DE19941683A
Authority: DE
Inventors: Manfred Glehr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: DE19941683C2

Abstract

A measurement device for determining the torque-conditioned angle of torsion of a shaft (1) and in particular for calculating the torque transmitted via the shaft, has at least two sensors (2,3) arranged on the shaft (1) and fixed relative to the shaft, for ascertaining the respective angle of twist of the shaft. The two sensors (2,3) are axially spaced apart in order to determine the torque-conditioned angle of torsion of the shaft from the two measured angles of twist, in the region between the two sensors (2,3). The two sensors (2,3) used are designed as giant magnetoresistor- (GMR-) sensors.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Ermittlung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer Welle, insbesondere zur Berechnung des über die Welle übertragenen Drehmomentes, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring device for determining the torque-related torsion angle of a shaft, in particular to calculate the torque transmitted via the shaft, according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, zur Messung des über eine Antriebswelle über tragenen Drehmomentes Dehnungsmeßstreifen auf der Mantelflä che der Antriebswelle anzubringen, wobei die Dehnungsmeß streifen durch die drehmomentbedingte Torsion der Antriebs welle verformt werden, so daß die Verformung der Dehnungsmeß streifen eine Berechnung des über die Antriebswelle übertra genen Drehmomentes ermöglicht. Hierzu ist auf der Welle eine rotierende Meßelektronik befestigt, die ihre Daten kontaktlos an eine stationäre Elektronik überträgt. Nachteilig an diesem bekannten Meßverfahren ist also die Notwendigkeit einer ro tierenden Meßelektronik mit einer aufwendigen Datenübertra gung von der rotierenden Meßelektronik zu der feststehenden Auswertungseinheit.It is known to measure over a drive shaft Strain gauges carried torque on the mantle che to attach the drive shaft, the strain gauges graze through the torque-related torsion of the drive wave are deformed so that the deformation of the strain gauge strip a calculation of the transmission via the drive shaft allows the right torque. For this there is a on the shaft rotating measuring electronics attached to their data contactless to stationary electronics. Disadvantage of this Known measuring method is the need for a ro Measuring electronics with a complex data transfer supply from the rotating measuring electronics to the fixed one Evaluation unit.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Messung des über eine Welle übertragenen Drehmomentes sind an der Welle in ei nem vorgegebenen axialen Abstand zueinander zwei Sensoren an gebracht, welche jeweils den Drehwinkel der Welle an den bei den Meßpunkten messen, so daß sich der Torsionswinkel und da mit indirekt auch das Drehmoment als Differenz der beiden ge messenen Drehwinkel ergibt. Als Sensoren für die Bestimmung des Drehwinkels können beispielsweise optische Inkrementalge ber (engl. rotary encoder) verwendet werden. Nachteilig an dieser Meßmethode ist jedoch die relativ geringe Drehwinke lauflösung, so daß das Drehmoment nur relativ ungenau be stimmt werden kann.In another known method for measuring the over a shaft transmitted torque are on the shaft in egg at a given axial distance from each other to two sensors brought, which each the angle of rotation of the shaft at the measure the measuring points so that the torsion angle and there with indirectly also the torque as the difference between the two ge measured angle of rotation results. As sensors for the determination of the angle of rotation can, for example, optical incremental algae via (rotary encoder) can be used. Disadvantageous However, this method of measurement is the relatively small angle of rotation running solution so that the torque is only relatively imprecise can be voted.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Meßvor richtung zur Ermittlung des drehmomentbedingten Torsionswin kels einer Welle zu schaffen, die bei möglichst geringem bau lichen Aufwand eine möglichst genaue Drehmomentbestimmung er möglicht.The invention is therefore based on the object, a Meßvor direction for determining the torque-related torsion win to create a shaft that is as small as possible effort to determine the torque as accurately as possible possible.

Die Aufgabe wird, ausgehend von der vorstehend beschriebenen bekannten Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The task is based on that described above known measuring device according to the preamble of the claim 1, solved by the characterizing features of claim 1.

Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, als Sensor zur Bestimmung des Drehwinkels einer Welle einen soge nannten GMR-Sensor (Giant Magneto Resistor) zu verwenden, dessen elektrischer Widerstand durch ein äußeres Magnetfeld verändert werden kann, was eine erheblich größere Drehwinke lauflösung und damit eine exaktere Drehmomentbestimmung als bei Verwendung von optischen Drehwinkelgebern erlaubt. Derar tige GMR-Sensoren sind bekannt, so daß im folgenden auf eine detaillierte Beschreibung von GMR-Sensoren verzichtet und diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik verwie sen wird.The invention encompasses the general technical teaching as Sensor for determining the angle of rotation of a shaft a so-called named GMR sensor (Giant Magneto Resistor), its electrical resistance due to an external magnetic field can be changed, resulting in a significantly larger rotation angle running solution and thus a more precise torque determination than allowed when using optical rotary encoder. Derar term GMR sensors are known, so that in the following on a detailed description of GMR sensors omitted and in this regard refer to the relevant prior art will.

In einer Variante der Erfindung erfolgt die Ansteuerung der GMR-Sensoren jeweils durch eine an der Welle befestigte Ma gnetanordnung, die sich mit der Welle dreht, so daß sich das auf die GMR-Sensoren wirkende Magnetfeld und damit deren elektrischer Widerstand bei einer Drehung der Welle laufend ändert.In a variant of the invention, the GMR sensors each by a Ma attached to the shaft gnetanordnung that rotates with the shaft so that the magnetic field acting on the GMR sensors and thus their electrical resistance running when the shaft rotates changes.

Bei einer anderen Variante der Erfindung ist dagegen zur An steuerung der GMR-Sensoren eine bezüglich der Welle festste hende Magnetanordnung vorgesehen, die neben den GMR-Sensoren angeordnet ist, wobei sich auf der Mantelfläche der Welle im Bereich der GMR-Sensoren eine zahnradartige Struktur befin det. Bei einer Drehung der Welle liegt dem GMR-Sensor also abwechselnd ein Zahn und ein Luftspalt gegenüber, so daß sich das auf den GMR-Sensor wirkende Magnetfeld und damit dessen elektrischer Widerstand bei einer Drehung der Welle laufend ändert.In another variant of the invention, however, is to control of the GMR sensors one of the most fixed with regard to the shaft Magnet arrangement provided next to the GMR sensors is arranged, with on the outer surface of the shaft in The area of the GMR sensors has a gear-like structure det. When the shaft rotates, the GMR sensor is positioned alternately a tooth and an air gap opposite, so that the magnetic field acting on the GMR sensor and thus its electrical resistance running when the shaft rotates changes.

Vorzugsweise sind an der Welle axial zueinander beabstandet mindestens zwei bezüglich der Welle feststehende GMR-Sensoren angeordnet, die durch zwei Magnetanordnungen angesteuert wer den, die sich mit der Welle drehen. Eine Drehung der Welle führt also zu einer Widerstandsänderung der beiden GMR- Sensoren, so daß der elektrische Widerstand der beiden Senso ren eine Berechnung des Drehwinkels erlaubt. Der Torsionswin kel und damit indirekt auch das über die Welle übertragene Drehmoment ergeben sich als Differenz der von den beiden GMR- Sensoren erfaßten Drehwinkel.Are preferably axially spaced apart on the shaft at least two GMR sensors fixed with respect to the shaft arranged, which are controlled by two magnet arrangements those who turn the shaft. A rotation of the shaft leads to a change in the resistance of the two GMR Sensors so that the electrical resistance of the two Senso ren calculation of the angle of rotation allowed. The torsion win kel and thus indirectly also transmitted via the shaft Torque are the difference between the two GMR Sensors detected the angle of rotation.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Meß vorrichtung nicht nur zwei zueinander axial beabstandete GMR- Sensoren auf, sondern es sind in einem vorgegebenen axialen Abstand zueinander an der Welle zwei bezüglich der Welle feststehende Paare von GMR-Sensoren angeordnet. Entsprechend sind auf der Welle zwei Paare von Magnetanordnungen ange bracht, die sich mit der Welle drehen und dabei die GMR- Sensoren ansteuern. Wichtig ist hierbei, daß die Magnetanord nungen eines Paares und/oder die GMR-Sensoren eines Paares bezüglich der Drehachse der Welle um einen vorgegebenen Win kel relativ zueinander verdreht angeordnet sind, damit zu sätzlich zur Bestimmung des Torsionswinkels auch die Tor sionsrichtung der Welle ermittelt werden kann. Vorzugsweise sind die Magnetanordnungen eines Paares und/oder die GMR- Sensoren eines Paares hierbei um einen Winkel von 90° relativ zueinander verdreht angeordnet.In an advantageous variant of the invention, the measuring device not only two axially spaced GMR Sensors on, but they are in a given axial Distance to each other on the shaft two with respect to the shaft fixed pairs of GMR sensors arranged. Corresponding two pairs of magnet arrangements are attached to the shaft that rotates with the shaft and thereby the GMR Activate sensors. It is important that the magnet arrangement a pair and / or a pair of GMR sensors with respect to the axis of rotation of the shaft by a predetermined win kel are rotated relative to each other, so too in addition to the determination of the torsion angle also the gate direction of the shaft can be determined. Preferably are the magnet arrangements of a pair and / or the GMR Sensors of a pair here at an angle of 90 ° relative arranged rotated to each other.

Bei einer Drehung der Welle mit einer konstanten Winkelge schwindigkeit liefern die einzelnen GMR-Sensoren jeweils ein sinusförmiges Ausgangssignal, wobei sich der Drehwinkel di rekt aus dem Ausgangssignal des GMR-Sensors ergibt, wohinge gen die Drehrichtung aus dem Verhältnis der Ausgangssignale der beiden GMR-Sensoren eines Paars ermittelt wird. Die vor stehend beschriebene Anordnung mit um 90° relativ zueinander verdrehten GMR-Sensoren bietet den Vorteil, daß stets einer der beiden GMR-Sensoren eines Paares im weitgehend linearen Bereich ausgesteuert ist und deshalb ein relativ gutes Klein signalverhalten aufweist. Bei der Bestimmung des Drehwinkels bzw. bei der Berechnung des Torsionswinkels aus den beiden gemessenen Drehwinkeln werden deshalb vorzugsweise die Aus gangssignale derjenigen GMR-Sensoren verwendet, deren Aus gangssignal gerade im weitgehend linearen Bereich der Si nuskurve liegt. Hierzu können die Ausgangssignale der beiden GMR-Sensoren eines Paares jeweils mit einem Schwellwert ver glichen werden, wobei die Auswertungseinheit auf den anderen GMR-Sensor umschaltet, wenn der Absolutwert des Ausgangs signals des aktuellen GMR-Sensors den vorgegebenen Schwell wert überschreitet, da das Ausgangssignal des aktuellen GMR- Sensors dann in den nichtlinearen Bereich der Sinuskurve hin einläuft.When the shaft rotates at a constant angle The individual GMR sensors deliver speed sinusoidal output signal, the angle of rotation di right from the output signal of the GMR sensor shows where direction of rotation from the ratio of the output signals of the two GMR sensors of a pair is determined. The before standing arrangement with 90 ° relative to each other twisted GMR sensors has the advantage that there is always one of the two GMR sensors of a pair in the largely linear Range is controlled and therefore a relatively good small exhibits signal behavior. When determining the angle of rotation or when calculating the torsion angle from the two measured angles of rotation are therefore preferably the off used signals of those GMR sensors whose off output signal precisely in the largely linear region of the Si nut curve lies. For this, the output signals of the two GMR sensors of a pair each with a threshold value ver be compared, the evaluation unit on the other GMR sensor switches when the absolute value of the output signals of the current GMR sensor the specified threshold value exceeds because the output signal of the current GMR Sensor then in the non-linear region of the sine curve comes in.

Die vorstehend erwähnten Magnetanordnungen zur Ansteuerung der GMR-Sensoren bestehen vorzugsweise aus einer auf der Man telfläche der Welle angeordneten und über den gesamten Umfang der Welle umlaufenden Magnetschicht, wobei die Polarisierung der Magnetschicht über den Umfang wechselt, so daß sich die Richtung des auf die GMR-Sensoren wirkenden Magnetfeldes bei einer Drehung der Welle ständig ändert. Vorzugsweise besteht eine derartige Magnetschicht aus einer Vielzahl von über den Umfang der Mantelfläche der Welle verteilt angeordneten Per manentmagneten, die alle im wesentlichen axial, radial oder in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.The above-mentioned magnet arrangements for driving the GMR sensors preferably consist of one on the man arranged surface of the shaft and over the entire circumference the wave revolving magnetic layer, the polarization the magnetic layer changes over the circumference, so that the Direction of the magnetic field acting on the GMR sensors a rotation of the shaft changes constantly. Preferably there is such a magnetic layer from a variety of over the Perimeter of the lateral surface of the shaft arranged distributed Per magnet, all essentially axial, radial or are aligned in the circumferential direction.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist zur Lage rung der Welle ein Gleitlager vorgesehen, das als öl eigenförderndes Gleitlager ausgebildet ist, wobei die auf der Mantelfläche der Welle angebrachte Magnetschicht mit einem Teil ihrer Ausdehnung eine Lagerfläche dieses Gleitlagers bildet. Vorzugsweise erfolgt die Zufuhr von Öl hierbei durch einen Feinstfilter. In an advantageous variant of the invention is the location tion of the shaft, a plain bearing is provided, which as an oil self-promoting slide bearing is formed, the on the Shell surface of the shaft attached magnetic layer with a Part of its extension is a bearing surface of this plain bearing forms. Oil is preferably supplied through here a fine filter.

Schließlich ist es auch möglich, die Magnetanordnung zur An steuerung der GMR-Sensoren nicht auf der Mantelfläche der Welle, sondern an deren Stirnseiten anzuordnen, was insbeson dere bei solchen Wellen in Frage kommt, bei denen die Stirn seiten der Welle frei sind.Finally, it is also possible to use the magnet arrangement control of the GMR sensors not on the lateral surface of the Wave, but to arrange on the end faces, which in particular which comes into question in those waves where the forehead sides of the shaft are free.

Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist, daß die Drehwinkelauflösung und damit die Genauigkeit bei der Bestimmung des von der Welle übertragenen Drehmomen tes wesentlich größer ist als bei dem eingangs beschriebenen optischen Drehwinkelgeber, da die auf einer Mantelfläche der Welle angebrachte Magnetschicht wesentlich feiner aufgeteilt werden kann. So läßt sich beispielsweise ein Polabstand von 10-15 µm realisieren, was bei einem Wellendurchmesser von 21 mm zu einer Dipoldichte von 3,3 . 10⁶ Dipolen/mm und ent sprechend zu einer Winkelauflösung von 10^-4°/Schritt führt.It is particularly advantageous in the measuring device according to the invention that the angle of rotation resolution and thus the accuracy in determining the torque transmitted by the shaft is significantly greater than in the optical angle of rotation sensor described at the outset, since the magnetic layer applied to a lateral surface of the shaft can be divided much more finely . For example, a pole spacing of 10-15 µm can be achieved, which with a shaft diameter of 21 mm leads to a dipole density of 3.3. 10 ⁶ dipoles / mm and accordingly leads to an angular resolution of 10 ^-4 ° / step.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zei gen:Other advantageous developments of the invention are in the Subclaims marked or are together below men with the description of the preferred embodiment the invention with reference to the figures. It shows gene:

Fig. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin dung eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer An triebswelle, Fig. 1 as a preferred embodiment of the dung OF INVENTION a measuring device for determining the torque-induced torsion of a drive shaft An,

Fig. 2 die Ausgangssignale der beiden GMR-Sensoren der Meßvorrichtung aus Fig. 1 als Diagramm, Fig. 2, the output signals of the two GMR sensors of the measuring device of FIG. 1 as diagram

Fig. 3 bis 5 verschiedene mögliche Magnetanordnungen zur An steuerung der GMR-Sensoren sowie Fig. 3 to 5 different possible magnet arrangements for controlling the GMR sensors and

Fig. 6 eine alternative Anordnung der GMR-Sensoren mit einer feststehenden Magnetanordnung. Fig. 6 shows an alternative arrangement of the GMR sensors with a fixed magnet arrangement.

Die in Fig. 1 dargestellte Meßvorrichtung dient zur Bestim mung des drehmomentbedingten Torsionswinkels einer Antriebs welle 1 - beispielsweise einer Brennkraftmaschine - mit einem Durchmesser von 21 mm, um anschließend aus dem gemessenen Torsionswinkel das über die Antriebswelle 1 übertragene Drehmoment berechnen zu können.The measuring device shown in Fig. 1 is used to determine the torque-related torsion angle of a drive shaft 1 - for example an internal combustion engine - with a diameter of 21 mm, in order to then be able to calculate the torque transmitted via the drive shaft 1 from the measured torsion angle.

Hierzu sind seitlich neben der Antriebswelle 1 in einem vor gegebenen axialen Abstand zueinander zwei Paare von GMR- Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 angebracht, wobei jedes Paar der GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 jeweils den Drehwinkel und die Drehrichtung der Antriebswelle 1 an den jeweiligen Meßpunkten erfaßt. Die Ansteuerung der GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 erfolgt durch Magnetschichten 4.1, 4.2 bzw 5.1, 5.2, die auf die Mantelfläche der Antriebswelle 1 jeweils im Be reich der GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 aufgebracht sind, wobei jede der Magnetschichten 4.1, 4.2 bzw. 5.1, 5.2 aus einer Vielzahl von über den Umfang der Mantelfläche der Antriebswelle 1 verteilt angeordneten Permanentmagneten 6 mit abwechselnder Polarität besteht. So zeigt Fig. 3 die Anord nung der einzelnen Permanentmagneten 6 in den einzelnen Ma gnetschichten 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, wobei ersichtlich ist, daß die einzelnen Permanentmagneten 6 jeweils axial ausgerichtet sind. Bei einer Drehung der Antriebswelle 1 ändert sich also laufend das auf die GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 wirkende Magnetfeld und damit der elektrische Widerstand des jeweili gen GMR-Sensors 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, so daß sich ein sinusför miger Verlauf des Ausgangssignals der einzelnen GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 ergibt, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.For this purpose, two pairs of GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 are attached to the side next to the drive shaft 1 at a given axial distance from one another, each pair of GMR sensors 2.1 , 2.2 and 3.1 , 3.2 respectively the angle of rotation and the direction of rotation of the drive shaft 1 at the respective measuring points. The GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 are controlled by magnetic layers 4.1 , 4.2 or 5.1, 5.2, which are applied to the outer surface of the drive shaft 1 in each case in the area of the GMR sensors 2.1 , 2.2 or 3.1 , 3.2 , wherein each of the magnetic layers 4.1 , 4.2 or 5.1 , 5.2 consists of a plurality of permanent magnets 6 with alternating polarity arranged distributed over the circumference of the outer surface of the drive shaft 1 . Thus, FIG. 3 shows the Anord voltage of the individual permanent magnets 6 in the individual Ma gnetschichten 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, being understood that the individual permanent magnets 6 are each axially aligned. When the drive shaft 1 rotates, the magnetic field acting on the GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 changes continuously and thus the electrical resistance of the respective GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 , so that a sinusoidal shape The course of the output signal of the individual GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 results as shown in FIG. 2.

Die einzelnen Magnetschichten 4.1, 4.2 bzw. 5.1, 5.2 eines Paares sind hierbei jeweils um einen Winkel relativ zueinan der verdreht angeordnet, welcher der halben Breite eines der Permanentmagneten 6 entspricht, so daß die Ausgangssignale der GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 eines Paares jeweils um 90° zueinander zeitlich versetzt sind, wie aus Fig. 2 er sichtlich ist. Zum einen ermöglicht dies neben der Bestimmung des Drehwinkels und damit des Torsionswinkels auch die Er mittlung der Drehrichtung und damit der Torsionsrichtung, in dem die Ausgangssignale der GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 eines Paares miteinander verglichen werden. Zum anderen ermöglicht die Verwendung von zwei Paaren von GMR-Sensoren 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 eine exaktere Erfassung auch von kleinen Drehwinkeländerungen, da sich stets einer der beiden GMR- Sensores 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 eines Paares im weitgehend linearen Bereich der jeweiligen Sinuskurve befindet, so daß die Auswerteelektronik zur Bestimmung des Drehwinkels laufend zwischen den beiden GMR-Sensoren 2.1, 2.2 bzw. 3.1, 3.2 eines Paares umschaltet.The individual magnetic layers 4.1 , 4.2 or 5.1 , 5.2 of a pair are each rotated relative to one another by an angle which corresponds to half the width of one of the permanent magnets 6 , so that the output signals of the GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 of a pair are each offset by 90 ° to one another, as can be seen from FIG. 2. On the one hand, this enables not only the determination of the angle of rotation and thus the torsion angle but also the determination of the direction of rotation and thus the direction of torsion, in which the output signals of the GMR sensors 2.1 , 2.2 or 3.1 , 3.2 of a pair are compared with one another. On the other hand, the use of two pairs of GMR sensors 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 enables a more precise detection of even small changes in the angle of rotation, since one of the two GMR sensors 2.1 , 2.2 or 3.1 , 3.2 of a pair is always in the largely linear range of the respective sine curve, so that the evaluation electronics for determining the angle of rotation switches continuously between the two GMR sensors 2.1 , 2.2 and 3.1 , 3.2 of a pair.

Weiterhin zeigt Fig. 1 ein Gleitlager 7 sowie ein Notlaufla ger 8, wobei sich die Magnetschicht 4.1 bis in den Bereich des Notlauflagers 8 und des Gleitlagers 7 erstreckt und somit ein Lagerfläche für diese Lager bildet.Furthermore, FIG. 1 shows a sliding bearing 7 and a Notlaufla ger 8, wherein the magnetic layer is 4.1 extends into the region of the Notlauflagers 8 and the slide bearing 7 and thus forms a bearing surface for these bearings.

Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung der einzelnen Perma nentmagneten 6 in der Magnetschicht, wobei die Permanentma gneten 6 in der Darstellung gemäß Fig. 4 in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Fig. 4 shows an alternative arrangement of the individual permanent magnets 6 in the magnetic layer, the permanent magnets 6 in the illustration according to FIG. 4 being aligned in the circumferential direction.

Fig. 5 zeigt schließlich schematisch die Antriebswelle 1 mit einer Magnetschicht, in der die einzelnen Permanentmagneten jeweils radial ausgerichtet sind, wobei die Größenverhältnis se in der Zeichnung zur Verdeutlichung der radialen Ausrich tung der Permanentmagneten verändert wurden. Tatsächlich wei sen die einzelnen Permanentmagenten nur eine radiale Erstrec kung von einem Bruchteil des Durchmessers der Antriebswelle auf. Fig. 5 finally shows schematically the drive shaft 1 with a magnetic layer in which the individual permanent magnets are each radially aligned, the size ratio se in the drawing to clarify the radial direction of the permanent magnets have been changed. In fact, the individual permanent magnets only have a radial extension of a fraction of the diameter of the drive shaft.

Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung eines GMR-Sensors 9 un terscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsformen im wesentlichen dadurch, daß die Ansteuerung des GMR-Sensors 9 hierbei durch einen feststehenden Permanentma gneten 10 erfolgt, der auf der der Antriebswelle abgewandten Seite des GMR-Sensors 9 angeordnet ist, wobei die Antriebs welle hierbei nur ausschnittweise im Bereich ihrer Mantelflä che dargestellt ist. Zur Modulierung des Ausgangssignals des GMR-Sensors 9 ist auf der Mantelfläche der Antriebswelle eine zahnradartige Struktur mit hervorstehenden Zähnen 11 ange bracht ist, so daß dem GMR-Sensor 9 bei einer Drehung der An triebswelle abwechselnd ein Zahn 11 und ein Luftspalt 12 ge genübersteht. Das auf den GMR-Sensor 9 wirkende Magnetfeld und damit der elektrische Widerstand des GMR-Sensors 9 ändert sich also bei einer Drehung der Antriebswelle, was eine Be rechnung des Drehwinkels aus dem elektrischen Widerstand des GMR-Sensors 9 ermöglicht.The arrangement of a GMR sensor 9 shown in FIG. 6 differs from the above-described embodiments essentially in that the control of the GMR sensor 9 is effected by a fixed permanent magnet 10 , which is on the side of the drive shaft facing away from the drive shaft GMR sensor 9 is arranged, wherein the drive shaft is shown only in part in the area of its mantle surface. To modulate the output signal of the GMR sensor 9 , a gear-like structure with protruding teeth 11 is placed on the outer surface of the drive shaft, so that the GMR sensor 9 alternately with a rotation of the drive shaft to a tooth 11 and an air gap 12 ge is opposite. The magnetic field acting on the GMR sensor 9 and thus the electrical resistance of the GMR sensor 9 thus changes when the drive shaft rotates, which enables calculation of the angle of rotation from the electrical resistance of the GMR sensor 9 .

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear teten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its execution the preferred embodiments given above. Rather, a number of variants are conceivable, which of the solution shown even with fundamentally different gear made use of.

Claims

1. Measuring device for determining the torque-related Tor sionswinkel a shaft ( 1 ), in particular for calculating the torque transmitted via the shaft ( 1 ) with
at least two of the shaft (1) and arranged with respect to the shaft (1) fixed sensors (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) for detecting the respective rotational angle of the shaft (1),
wherein the two sensors ( 2.1 , 3.1 and 2.2 , 3.2 ) are arranged axially spaced from one another in order to determine the torque-related torsion angle of the shaft ( 1 ) in the area between the two sensors ( 2.1 , 3.1 and 2.2 , 3.2 ) to determine
characterized by
that the two sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) are designed as GMR sensors.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that for controlling the two GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) two magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) are provided, the two magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) are each assigned to one of the two GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) and rotate with the shaft ( 1 ).

3. Measuring device according to claim 2, characterized in
that for the additional determination of the direction of torsion in addition to the torsion angle two axially spaced and be fixed with respect to the shaft ( 1 ) pairs of GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) are provided, and
that two pairs of magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) which rotate with the shaft ( 1 ) are attached to the shaft ( 1 ) for controlling the GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ),
wherein the magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) of a pair and / or the GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) of a pair are rotated relative to one another with respect to the axis of rotation of the shaft ( 1 ).

4. Measuring device according to claim 2, characterized in that the magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) of a pair or the GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) of a pair are each rotated relative to each other by half a pole angle are.

5. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the GMR sensors ( 2.1 , 2.2 , 3.1 , 3.2 ) are each arranged adjacent to the Man telfläche the shaft ( 1 ) and the magnet arrangements ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) each consist of a circumferential magnetic layer on the outer surface of the shaft ( 1 ) with changing polarization over the circumference.

6. Measuring device according to claim 4, characterized in that the circumferential magnetic layer ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) contains a plurality of permanent magnets ( 6 ), all of which are aligned substantially axially, radially or in the circumferential direction.

7. Measuring device according to claim 4 or 5, characterized in that a plain bearing is provided for mounting the shaft ( 1 ), the magnetic layer ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) forms part of its extent with a bearing surface of the plain bearing.

8. Measuring device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the magnetic layer ( 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 ) can be written on by a write head in order to generate the changing polarization.

9. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the magnet arrangements ( 4.1 , 4.1 , 5.1 , 5.2 ) is arranged on an end face of the shaft ( 1 ).

10. Measuring device according to claim 1, characterized in that for exciting the two GMR sensors ( 9 ) with respect to the shaft fixed magnet arrangement ( 10 ) is provided, wherein for modulating the output signal of the two GMR sensors ( 9 ) on the lateral surface of the Shaft a gear-like structure ( 11 , 12 ) is attached, which rotates with the shaft.