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WO2012104032A2 - Hydrodynamic component - Google Patents

Hydrodynamic component Download PDF

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Publication number
WO2012104032A2
WO2012104032A2 PCT/EP2012/000324 EP2012000324W WO2012104032A2 WO 2012104032 A2 WO2012104032 A2 WO 2012104032A2 EP 2012000324 W EP2012000324 W EP 2012000324W WO 2012104032 A2 WO2012104032 A2 WO 2012104032A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
magnetic field
hydrodynamic component
hydrodynamic
field sensors
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/000324
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2012104032A3 (en
Inventor
Markus Schlosser
Thorsten Lührs
Achim Menne
Dieter Laukemann
Ravi Schade
Bruno Foehl
Jürgen KIBLER
Christian Ebert
Original Assignee
Voith Patent 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 Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
Priority to EP12703959.2A priority Critical patent/EP2671059A2/en
Priority to US13/983,284 priority patent/US20140050565A1/en
Priority to JP2013552128A priority patent/JP2014508923A/en
Priority to KR1020137023226A priority patent/KR20140052947A/en
Priority to CN201280007396.1A priority patent/CN103534505A/en
Publication of WO2012104032A2 publication Critical patent/WO2012104032A2/en
Publication of WO2012104032A3 publication Critical patent/WO2012104032A3/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003Arrangements for testing or measuring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D33/00Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/18Details
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    • F16D57/04Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders with blades causing a directed flow, e.g. Föttinger type
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
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    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102Rotary-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D66/00Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/003Position, angle or speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/005Force, torque, stress or strain
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/18Sensors; Details or arrangements thereof

Definitions

  • the invention relates to a hydrodynamic component with the features defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • a generic hydrodynamic component is described in the German patent DE 10 2005 052 105 B4.
  • This patent is concerned with a hydrodynamic system which is designed with a device for detecting a torque or a variable characterizing this torque.
  • the structure is comparatively complicated, since one of the two elements of the hydrodynamic system has to be supported against a stationary element and in the area of this support the forces required for the support are measured.
  • a comparatively large design effort must be accepted and in particular a rotational movement of the supporting element must be possible, which causes a correspondingly great expense, for example, in a hydrodynamic retarder.
  • the supporting element must at least in
  • the object of the present invention is to avoid these disadvantages and to provide a hydrodynamic component in which a device for detecting a torque to be transmitted and / or the speed characterizing size is simplified, and during operation with minimal design effort is possible.
  • the solution of the aforementioned object is to form the shaft at least in at least two axially spaced sections each of a ferromagnetic material and provided with a rotationally fixed to the respective portion of the shaft formed magnetic field. Magnetic field sensors are then arranged in regions corresponding to the at least two sections, for example on a housing surrounding the shaft. This structure allows it via the physical effect of the magnetostriction or the most important part of the magnetostriction Joule effect
  • a slight rotation of the magnetic field in the first section in the axial direction of the shaft relative to the magnetic field in the second section can be detected. From this rotation of the magnetic fields in the sections to each other can be at a known axial distance of the sections to each other and known material property and dimensions of the shaft to determine the torque in the shaft. A torque will namely twist the shaft accordingly. This twist can then be over a
  • the measurement allows a determination of the rotational speed of the shaft whenever the rotationally fixed to one of the sections arranged magnetic field in the circumferential direction has a constant inhomogeneity.
  • Such can, for example, by a change in material, a mechanical change of the material or a circumferentially encoded magnetic field, with which the shaft is provided can be achieved.
  • the rotational speed of the shaft can thus also be detected.
  • both the speed and the torque are detected in the shaft with a correspondingly high measuring frequency, so that speed and / or torque are quasi-continuously available.
  • Torque is of particular interest for a hydrodynamic retarder or a hydrodynamic coupling as a hydrodynamic component, since the transmitted torque can be detected here with a corresponding sensor in one of the shafts. It is in principle also at one
  • hydrodynamic converter conceivable, in which case either the torque of both the input shaft and the output shaft must be detected due to the Abstützmoments of the vanes between the primary and the secondary, or in addition to the torque in one of the waves
  • the rotationally fixed to the respective portion of the shaft arranged magnetic fields can be constructed in principle in any manner, provided that they are rotationally fixed and constant at least during a certain period of time for measurement.
  • the magnetic fields or at least one of the magnetic fields according to a particularly favorable and advantageous embodiment of the hydrodynamic component according to the invention may be formed as a permanent magnetic field.
  • the shaft can be magnetized once, for example, prior to assembly, or the expense for the structures required to build up the magnetic field in the region of the shaft is eliminated. With a corresponding magnetization of the shaft,
  • hydrodynamic component may be provided that the magnetic field sensors are arranged without contact to the shaft. This allows the measurement of torque and / or speed without
  • the shaft is formed as a hollow shaft, wherein at least one of
  • Magnetic field sensors is arranged in the interior of the hollow shaft. This construction of a hollow shaft with fixed magnetic field sensors arranged in the interior of the rotating hollow shaft is very space-saving, since the sensors arranged in the interior of the hollow shaft need no further installation space in the region of a housing surrounding the shaft.
  • Magnetic sensors is arranged in the region of a sealing element surrounding the shaft.
  • a sealing element which surrounds the shaft, is ideally suited to integrate the magnetic field sensor, which may be, for example, a coil surrounding the shaft in this sealing element and space neutral with suitable magnetizations of at least two axially spaced portions of the shaft and Arrangement of the magnetic field sensors in the region of the sealing element to the shaft to create a hydrodynamic component with corresponding inventive sensor.
  • At least one of the magnetic field sensors can be arranged in a shaft sealing ring surrounding the shaft.
  • Such shaft seals typically have a configuration anyway, which allows sufficient space for the integration of a coil as a magnetic field sensor. you are
  • Housing for electronics or the like is simple and easy.
  • At least one of the magnetic field sensors is arranged between two shaft sealing rings surrounding the shaft. In this area between two shaft seals surrounding the shaft of a multi-stage sealing of the shaft or the working space, the possibility arises one or both
  • a shaft seal has at least one shaft seal and a connected via a support member with the shaft seal ring piston ring.
  • at least one of the magnetic field sensors can then be arranged on the carrier element.
  • This construction with an between working space and the first sealing chamber placed piston ring allows a reduction of the pressure in the first sealing chamber against the pressure in the working space, for example, about 20% of the pressure in the working space.
  • the piston ring is often connected via a carrier element with a shaft sealing ring, which ensures the sealing of the first sealing space relative to the environment or possibly also with respect to a further second sealing space.
  • Such a carrier is suitable, optionally extended in the axial direction, ideal to carry around the magnetic field sensor, since this is typically formed of a metal sleeve, which surrounds the shaft accordingly. With sufficient axial length of this support element, it is also very possible, the
  • Magnetic field sensors corresponding to the two axially from each other
  • the shaft is formed in the region of one of the sections at one or more points distributed around the circumference of the shaft so that a mechanical load on the shaft causes a voltage gradient. Due to the Joule effect, this results in a situation associated with the position of this position
  • Lubricants are formed from a region between two sealing elements of the shaft. Such relief holes, for example, in the area between two shaft seals or in the area between a
  • the inventive design of the hydrodynamic component may be a converter or a hydrodynamic coupling.
  • the component may also be a hydrodynamic retarder.
  • This retarder can be correspondingly simple in construction, since, in contrast to constructions in the prior art, the stator can be formed directly integrated into the housing, since the torque can be detected in the shaft and for this no rotational movement of the stator about its axis is necessary.
  • the simple and compact integration of the sensors can be correspondingly simple in construction, since, in contrast to constructions in the prior art, the stator can be formed directly integrated into the housing, since the torque can be detected in the shaft and for this no rotational movement of the stator about its axis is necessary.
  • Integrate appropriate retarder which can be very simple, efficient and space-saving. It allows both the torque and the speed to be measured and thus to ensure all of the control of the retarder or to control the retarder as one of the braking options with comprehensive braking system.
  • the sensors constructed on the principle of magnetostriction allow use under a wide variety of conditions, since the magnetic field sensors are correspondingly simple and can be made very resistant to temperatures, environmental influences and the like. You can
  • Ambient temperatures can be operated safely and reliably.
  • Figure 1 is a schematic representation of a hydrodynamic retarder
  • FIG. 2 shows a design for measuring the torque and / or the rotational speed on the shaft of the retarder according to FIG. 1;
  • Figure 3 shows a first possible embodiment for the arrangement of
  • Figure 4 shows a second possible embodiment for the arrangement of
  • Figure 5 shows a third possible embodiment for the arrangement of
  • Figure 6 shows a fourth possible embodiment for the arrangement of
  • FIG. 7 shows a diagram of the shear stress curve in the shaft according to FIG.
  • a hydrodynamic component 1 in the form of a retarder 1, which is constructed very simply, can be seen in a schematic diagram.
  • the hydrodynamic retarder 1 consists of a primary wheel 2, which is designed to be rotatable, and which is arranged rotationally fixed on a shaft 3.
  • the primary wheel of the hydrodynamic retarder 1 is also referred to as a rotor.
  • the rotor 2 now has a at its outer end
  • the secondary wheel 4 is typically fixed in the structure of the retarder and is designed to be integrated into a housing 6 in the very simple exemplary embodiment illustrated here.
  • the secondary wheel 4 is also referred to as stator 4.
  • the working space 5 of the retarder 1 is always filled with a working medium, for example the cooling water of a cooling circuit in the case of a Wasserretarders or an oil as a working medium when it is to be braked wear-free with the retarder.
  • the working space 5 is sealed over here in principle indicated sealing elements 7 relative to the environment, the shaft 3 is about indicated bearings 8, for example, bearings mounted accordingly.
  • the retarder 1 may for example be arranged in a commercial vehicle, a rail vehicle or the like.
  • the rotor 2 moves the working medium located in the working space 5 with its bladed area and thus tries to transmit a corresponding torque to the stator 4. Since the stator 4 in turn is not rotatably formed, creates a corresponding Braking torque. The resulting power is converted into heat in the working medium. If the working medium is the cooling medium in the cooling circuit of a vehicle equipped with the retarder 1, the heat is transferred through the
  • Cooling medium discharged directly if an oil is used as the working medium for the retarder 1, this is cooled by a heat exchanger of a cooling medium in a cycle of the vehicle.
  • Such a retarder 1 often forms part of a braking system and is combined with other brakes.
  • This can be, for example, an engine brake, a friction brake and optionally a generator for recuperative braking.
  • a retarder 1 In order to be able to distribute the braking power ideally to the individual brakes, it is important that the force applied by the individual brakes
  • Braking torque is known.
  • the braking torque for here
  • the retarder 1, which is indicated in principle in FIG. 1, should have a device for detecting the transmitted torque, which is indicated in principle in the illustration in FIG.
  • This device consists essentially of two sections 9, 10 of the shaft 3, which have been provided with a permanent magnetic field. At least the two sections 9, 10, but in particular the entire shaft 3 can be made of a ferromagnetic material for this purpose.
  • the sections 9, 10 can be provided with a permanent magnetic field which remains permanently in the area of the shaft 3 or in the area of the sections 9, 10 and thus only once before the assembly Wave 3 must be generated in the retarder 1.
  • the magnetic field located in the two sections 9, 10 is rotationally fixed to the respective section 9, 10 of the shaft 3.
  • Secondary sensors arranged. These are designed in the form of coils which surround the shaft 3. They are connected via corresponding line elements 13 with a transmitter 14, which may be arranged outside the housing 6 of the retarder 1, for example.
  • the magnetic field sensors 11, 12 can detect the magnetic field located in the region of the sections 9, 10. If there is an angular deviation between the two sections 9, 10, then those in the sections 9, 10 are also impressed in a rotationally fixed manner with the shaft
  • Magnetic fields rotated at an angle to each other. This angle of rotation can be detected by the magnetic field sensors 11, 12 and allows to draw conclusions about the torque with the geometric properties and the material property of the structure.
  • the device for detecting the torque uses the principle of magnetostriction or the Joule effect.
  • the magnetic field sensors 11, 12 in the form of the coils surround the shaft 3 without contact, so that additional friction or the like arises as a result.
  • they are relatively small and very robust, so that they can be used in lubricating oil, at high temperatures, and in the working medium of the retarder 1.
  • the structure is extremely compact, since only the magnetic field sensors 11, 12 require additional space.
  • it can be provided in particular to arrange them in the region of the sealing elements 7 or to integrate into these.
  • a corresponding section with the shaft 3 and the housing 6 of the retarder 1 can be seen.
  • two shaft sealing rings 15 are arranged, which seal the region of the environment to the left of the section shown with the working space 5 located on the right of the section shown.
  • the shaft seals 15 are executed in a conventional manner. They additionally have the two magnetic field sensors 11, 12 in the form of coils. By integrating the magnetic field sensors 11, 12 in the shaft seals 15, a very compact design succeeds. Since the shaft seals 15 are present anyway, they must be minimally adapted in their design and can be easily retrofitted into existing structures, since the overall structure of shaft seal 15 and integrated
  • Magnetic field sensors 11, 12 can be designed so that in the
  • FIG. 4 An analogous representation can be seen in FIG. 4.
  • the two magnetic field sensors 11, 12 are in the embodiment shown here between two
  • Shaft seals 15 integrated in the space between the shaft seals 15 space.
  • the existing space in conventional constructions anyway space can be used in particular for the integration of the magnetic field sensors 11, 12, since relatively controlled and uniform conditions prevail and since there are moderate pressures and relatively little abrasion from the area of the working space 5 in this area.
  • the magnetic field sensors can thus be at a very constant over a long period of time Working conditions, so that the reliability of the structure can be increased. This also applies to the structure shown in Fig. 3.
  • the shaft 3 is designed here as a hollow shaft, which has a through hole or blind hole 16 in its interior. Since the magnetization of the sections 9, 10 acts not only outside, but also inside a hollow shaft, it is possible to arrange the magnetic field sensors 11, 12 not only around the shaft 3 but also inside the shaft 3. These are connected via a corresponding carrier 17 fixedly connected to a non-rotating part, such as the housing 6. You can then measure analogous to the embodiments described above. They are safely and reliably protected due to the integration into the wave of events occurring from the outside of the shaft 3. About the carrier 17, the line elements 13 can be easily outward.
  • FIG. 6 a further embodiment of the construction analogous to that shown in FIGS. 3 and 4 is shown.
  • this structure only one shaft seal 15 is shown.
  • This is connected via a support member 18 with a piston ring 19 and carries it.
  • the carrier element 18 can surround the shaft 3 as a ring-shaped sheet metal element.
  • the piston ring 19 cooperates with a corresponding groove 20 in the shaft 3 and seals the
  • Shaft seal 15 located first sealing region 1 from. In the area of
  • Working space can typically be pressures of the order of, for example, 10 bar.
  • a pressure in the order of 1.5 to 2.5 bar will adjust.
  • the support member 18 is also known and customary in conventional constructions. It has a comparatively small axial length. In that shown in Fig. 6 Embodiment, this axial length of the support member 18th
  • Carrier element 18 are connected.
  • a structural integration of the magnetic field sensors 11, 12 can be achieved, in which only a minimal adjustment of the structure is necessary.
  • a further shaft sealing ring 15 may be provided so as to form a second sealing space on the side facing away from the first sealing chamber 21 side of the shaft seal ring 15 shown here.
  • the first sealing space 21 via a
  • Relief bore 22 connected to a bore 16 in the region of the shaft 13 designed as a hollow shaft. Oil can flow out of the second sealing space via this relief bore 22 and thus decisively improve the sealing of the retarder 1.
  • the torque detection device In addition to the torque which is measured via the magnetic field sensors 11, 12 and the magnetized sections 9, 10 of the shaft 3, the torque detection device also provides the possibility of detecting the rotational speed of the shaft 3 in addition to or alternatively to the torque ,
  • the magnetic field can be formed such that it has magnetically differently acting partial regions around the circumference of the shaft 3, so that a corresponding region can be detected via the magnetic field sensors 11, 12 and associated with a rotation of the shaft.
  • the shear stress in the region of the shaft 3 can be seen in a diagram via its axial extent.
  • the dashed line shows the shear stress in the areas where no relief hole 22 is arranged.
  • the solid line shows the shear stress in the region in which the relief hole 22 is arranged. This strongly deviating shear stress ensures according to the Joule effect for a change in the magnetic field of the associated
  • Section in this case the associated second portion 10, so that in this section at the locations of the circumference at which the relief hole 22 is arranged, a corresponding change of the magnetic field occurs. If, for example, a relief bore 22 is arranged around the circumference, then the corresponding disturbance in the shear stress and thus in the

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Abstract

The invention relates to a hydrodynamic component comprising at least two elements which form a working chamber therebetween and which comprises a primary wheel and a secondary wheel. A working medium which can be introduced into the working chamber allows torque to be transmitted between said elements. At least one of the elements is arranged in a rotationally fixed manner on a shaft. The hydrodynamic component comprises a device for detecting a variable characterising at least directly the transmitted torque and/or the rotation of the shaft. According to the invention, the shaft is at least designed to have at least two sections which are at an axial distance from each other and which are made of a ferromagnetic material and is provided with a magnetic field which is rotationally stable with the respective section. Magnetic field sensors are arranged in areas corresponding to the at least two sections.

Description

Hydrodynamische Komponente  Hydrodynamic component
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Komponente mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Merkmalen. The invention relates to a hydrodynamic component with the features defined in more detail in the preamble of claim 1.
Eine gattungsgemäße hydrodynamische Komponente wird in der deutschen Patentschrift DE 10 2005 052 105 B4 beschrieben. Dieses Patent beschäftigt sich mit einem hydrodynamischen System, welches mit einer Einrichtung zur Erfassung eines Drehmoments oder einer dieses Drehmoment charakterisierenden Größe ausgebildet ist. Der Aufbau ist dabei vergleichsweise aufwendig, da sich eines der beiden Elemente des hydrodynamischen Systems gegenüber einem ortsfesten Element abstützen muss und im Bereich dieser Abstützung die zur Abstützung erforderlichen Kräfte gemessen werden. Hierfür muss ein vergleichsweise großer konstruktiver Aufwand in Kauf genommen werden und es muss insbesondere eine Drehbewegung des sich abstützenden Elements möglich sein, was beispielsweise bei einem hydrodynamischen Retarder einen entsprechend großen Aufwand verursacht. Außerdem muss das sich abstützende Element zumindest in A generic hydrodynamic component is described in the German patent DE 10 2005 052 105 B4. This patent is concerned with a hydrodynamic system which is designed with a device for detecting a torque or a variable characterizing this torque. The structure is comparatively complicated, since one of the two elements of the hydrodynamic system has to be supported against a stationary element and in the area of this support the forces required for the support are measured. For this purpose, a comparatively large design effort must be accepted and in particular a rotational movement of the supporting element must be possible, which causes a correspondingly great expense, for example, in a hydrodynamic retarder. In addition, the supporting element must at least in
bestimmten Betriebssituationen in einem nicht drehenden Zustand sein, da nur hier die Messung möglich wird. Dies ist beispielsweise bei einem certain operating situations in a non-rotating state, since only here the measurement is possible. This is for example at a
hydrodynamischen Wandler oder einer hydrodynamischen Kupplung entsprechend aufwendig oder teilweise gar nicht möglich. hydrodynamic converter or a hydrodynamic coupling according consuming or sometimes not possible.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu vermeiden und eine hydrodynamische Komponente anzugeben, bei welcher eine Einrichtung zur Erfassung einer das zu übertragende Drehmoment und/oder die Drehzahl charakterisierende Größe vereinfacht wird, und während des Betriebs mit minimalen konstruktiven Aufwand möglich ist. The object of the present invention is to avoid these disadvantages and to provide a hydrodynamic component in which a device for detecting a torque to be transmitted and / or the speed characterizing size is simplified, and during operation with minimal design effort is possible.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die hiervon abhängigen Unteransprüche geben besonders bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung an. CONFIRMATION COPY According to the invention this object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1. The subclaims dependent thereon indicate particularly preferred embodiments of the solution according to the invention.
Die Lösung der eingangs genannten Aufgabe besteht darin, die Welle zumindest in wenigstens zwei axial voneinander beabstandeten Abschnitten jeweils aus einem ferromagnetischen Material auszubilden und mit einem drehfest zum jeweiligen Abschnitt der Welle ausgebildeten Magnetfeld zu versehen. In mit den wenigstens zwei Abschnitten korrespondierenden Bereichen, beispielsweise an einem die Welle umgebenden Gehäuse, sind dann Magnetfeldsensoren angeordnet. Dieser Aufbau erlaubt es über den physikalischen Effekt der Magnetostriktion bzw. den an der Magnetostriktion den wichtigsten Anteil habenden Joule-Effekt eine The solution of the aforementioned object is to form the shaft at least in at least two axially spaced sections each of a ferromagnetic material and provided with a rotationally fixed to the respective portion of the shaft formed magnetic field. Magnetic field sensors are then arranged in regions corresponding to the at least two sections, for example on a housing surrounding the shaft. This structure allows it via the physical effect of the magnetostriction or the most important part of the magnetostriction Joule effect
Veränderung der Magnetfelder in den jeweiligen Abschnitten zu erfassen. To detect changes in the magnetic fields in the respective sections.
Insbesondere lässt sich eine geringfügige Verdrehung des Magnetfelds in dem ersten Abschnitt in axialer Richtung der Welle gegenüber dem Magnetfeld in dem zweiten Abschnitt erfassen. Aus dieser Verdrehung der Magnetfelder in den Abschnitten zueinander lässt sich bei bekanntem axialem Abstand der Abschnitte zueinander und bekannten Materialeigenschaft und Abmessungen der Welle das Drehmoment im Bereich der Welle bestimmen. Ein Drehmoment wird die Welle nämlich entsprechend tordieren. Diese Torsion lässt sich dann über eine In particular, a slight rotation of the magnetic field in the first section in the axial direction of the shaft relative to the magnetic field in the second section can be detected. From this rotation of the magnetic fields in the sections to each other can be at a known axial distance of the sections to each other and known material property and dimensions of the shaft to determine the torque in the shaft. A torque will namely twist the shaft accordingly. This twist can then be over a
Veränderung der Magnetfelder in den beiden Abschnitten im Winkel Change of magnetic fields in the two sections at an angle
gegeneinander erfassen und als im Bereich der Welle anliegendes Drehmoment auswerten. register against each other and evaluate as torque applied in the area of the shaft.
Außerdem erlaubt die Messung eine Bestimmung der Drehzahl der Welle immer dann, wenn das drehfest zu einem der Abschnitte angeordnete Magnetfeld in Umfangsrichtung eine konstante Inhomogenität aufweist. Eine solche kann beispielsweise durch eine Materialveränderung, eine mechanische Veränderung des Materials oder ein in Umfangsrichtung entsprechend codiertes Magnetfeld, mit welchem die Welle versehen ist, erreicht werden. Alternativ zum Drehmoment kann so auch die Drehzahl der Welle erfasst werden. In addition, the measurement allows a determination of the rotational speed of the shaft whenever the rotationally fixed to one of the sections arranged magnetic field in the circumferential direction has a constant inhomogeneity. Such can, for example, by a change in material, a mechanical change of the material or a circumferentially encoded magnetic field, with which the shaft is provided can be achieved. As an alternative to the torque, the rotational speed of the shaft can thus also be detected.
Im Idealfall wird sowohl die Drehzahl als auch das Drehmoment in der Welle mit einer entsprechend hohen Messfrequenz erfasst, so dass Drehzahl und/oder Drehmoment quasi-kontinuierlich zur Verfügung stehen. Die Messung des Ideally, both the speed and the torque are detected in the shaft with a correspondingly high measuring frequency, so that speed and / or torque are quasi-continuously available. The measurement of
Drehmoments ist dabei insbesondere für einen hydrodynamischen Retarder oder eine hydrodynamische Kupplung als hydrodynamische Komponente von Interesse, da hier mit einer entsprechenden Sensorik in einer der Wellen das übertragene Drehmoment erfasst werden kann. Sie ist prinzipiell auch bei einem Torque is of particular interest for a hydrodynamic retarder or a hydrodynamic coupling as a hydrodynamic component, since the transmitted torque can be detected here with a corresponding sensor in one of the shafts. It is in principle also at one
hydrodynamischen Wandler denkbar, wobei hier aufgrund des Abstützmoments der Leitschaufeln zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad entweder das Drehmoment sowohl der Eingangswelle als auch der Ausgangswelle erfasst werden muss oder zusätzlich zu dem Drehmoment in einer der Wellen das hydrodynamic converter conceivable, in which case either the torque of both the input shaft and the output shaft must be detected due to the Abstützmoments of the vanes between the primary and the secondary, or in addition to the torque in one of the waves
Abstützmoment der Leitschaufeln, um das von der Komponente übertragene Drehmoment zu ermitteln. Supporting moment of the vanes to determine the torque transmitted by the component.
Die drehfest zum jeweiligen Abschnitt der Welle angeordneten Magnetfelder können dabei prinzipiell in jeder beliebigen Art und Weise aufgebaut werden, sofern sie drehfest und zumindest während eines gewissen Zeitraums zur Messung konstant ausgebildet sind. Insbesondere können die Magnetfelder oder zumindest eines der Magnetfelder gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente als permanentes Magnetfeld ausgebildet sein. Dadurch kann die Welle einmal, beispielsweise vor der Montage, entsprechend magnetisiert werden oder der Aufwand für die zum Aufbau des Magnetfelds erforderlichen Aufbauten im Bereich der Welle entfällt. Bei einer entsprechenden Magnetisierung der Welle, The rotationally fixed to the respective portion of the shaft arranged magnetic fields can be constructed in principle in any manner, provided that they are rotationally fixed and constant at least during a certain period of time for measurement. In particular, the magnetic fields or at least one of the magnetic fields according to a particularly favorable and advantageous embodiment of the hydrodynamic component according to the invention may be formed as a permanent magnetic field. As a result, the shaft can be magnetized once, for example, prior to assembly, or the expense for the structures required to build up the magnetic field in the region of the shaft is eliminated. With a corresponding magnetization of the shaft,
beispielsweise über ein codiertes Magnetfeld und/oder ein Magnetfeld, welches in Umfangsrichtung wenigstens zwei sich magnetisch voneinander unterscheidende Teilbereiche aufweist, soll beispielhaft auf die internationale Anmeldung For example, via a coded magnetic field and / or a magnetic field, which in the circumferential direction at least two magnetically different from each other Subsections should be exemplary of the international application
WO 2005/064302 A2 hingewiesen werden. WO 2005/064302 A2 be pointed out.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der In a particularly favorable and advantageous embodiment of
erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente kann es vorgesehen sein, dass die Magnetfeldsensoren berührungslos zur Welle angeordnet sind. Dadurch kann die Messung des Drehmoments und/oder der Drehzahl ohne According to the invention hydrodynamic component may be provided that the magnetic field sensors are arranged without contact to the shaft. This allows the measurement of torque and / or speed without
Reibungsverluste erfolgen. Frictional losses occur.
Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der According to a particularly favorable and advantageous embodiment of
erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente ist es ferner vorgesehen, dass die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der According to the invention hydrodynamic component, it is further provided that the shaft is formed as a hollow shaft, wherein at least one of
Magnetfeldsensoren im Inneren der Hohlwelle angeordnet ist. Dieser Aufbau einer Hohlwelle mit im Inneren der sich drehenden Hohlwelle angeordneten festen Magnetfeldsensoren ist sehr platzsparend, da die im Inneren der Hohlwelle angeordneten Sensoren im Bereich eines die Welle umgebenden Gehäuses keinen weiteren Bauraum benötigen. Magnetic field sensors is arranged in the interior of the hollow shaft. This construction of a hollow shaft with fixed magnetic field sensors arranged in the interior of the rotating hollow shaft is very space-saving, since the sensors arranged in the interior of the hollow shaft need no further installation space in the region of a housing surrounding the shaft.
In einer ergänzenden oder alternativen Ausgestaltung der hydrodynamischen Komponente kann es dabei vorgesehen sein, dass wenigstens einer der In a supplementary or alternative embodiment of the hydrodynamic component, it may be provided that at least one of the
Magnetfeldsensoren im Bereich eines die Welle umgebenden Dichtelements angeordnet ist. Typischweise ist bei einer hydrodynamischen Komponente im Bereich der Welle ohnehin wenigstens ein Dichtelement notwendig, um das in dem Arbeitsraum zwischen den Elementen, zum Beispiel dem Primärrad und dem Sekundärrad während der Drehmomentübertragung unter hohem Druck stehende Arbeitsfluid gegenüber der Umgebung abzudichten. Ein derartiges Dichtelement, welches die Welle umgibt, eignet sich ideal, um den Magnetfeldsensor, welcher beispielsweise eine die Welle umgebende Spule sein kann, in dieses Dichtelement zu integrieren und so bauraumneutral bei geeigneter Magnetisierungen von wenigstens zwei axial voneinander beabstandeten Abschnitten der Welle und Anordnung der Magnetfeldsensoren im Bereich des Dichtelements um die Welle eine hydrodynamische Komponente mit entsprechender erfindungsgemäßer Sensorik zu schaffen. Magnetic sensors is arranged in the region of a sealing element surrounding the shaft. Typically, in the case of a hydrodynamic component in the region of the shaft, at least one sealing element is necessary in order to seal the working fluid, which is in the working space between the elements, for example the primary wheel and the secondary wheel, during the torque transmission from the environment. Such a sealing element, which surrounds the shaft, is ideally suited to integrate the magnetic field sensor, which may be, for example, a coil surrounding the shaft in this sealing element and space neutral with suitable magnetizations of at least two axially spaced portions of the shaft and Arrangement of the magnetic field sensors in the region of the sealing element to the shaft to create a hydrodynamic component with corresponding inventive sensor.
Insbesondere kann dabei wenigstens einer der Magnetfeldsensoren in einem die Welle umgebenden Wellendichtring angeordnet sein. Derartige Wellendichtringe weisen typischerweise ohnehin eine Ausgestaltung auf, welche ausreichend Raum für die Integration einer Spule als Magnetfeldsensor ermöglicht. Sie sind In particular, at least one of the magnetic field sensors can be arranged in a shaft sealing ring surrounding the shaft. Such shaft seals typically have a configuration anyway, which allows sufficient space for the integration of a coil as a magnetic field sensor. you are
typischerweise sehr gut zugänglich und mit entsprechenden Bereichen des typically very accessible and with appropriate areas of the
Gehäuses verbunden, so dass auch eine Leitungsführung aus dem Bereich der in den Wellendichtring integrierten Spule beispielsweise nach außerhalb des Housing connected, so that a cable guide from the area of the integrated shaft seal in the coil, for example, to the outside of the
Gehäuses zu einer Elektronik oder dergleichen einfach und problemlos möglich ist. Housing for electronics or the like is simple and easy.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen In a further preferred embodiment of the invention
hydrodynamischen Komponente kann es außerdem vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Magnetfeldsensoren zwischen zwei die Welle umgebenden Wellendichtringen angeordnet ist. In diesem Bereich zwischen zwei die Welle umgebenden Wellendichtringen einer mehrstufig ausgebildeten Abdichtung der Welle bzw. des Arbeitsraums ergibt sich die Möglichkeit einen oder beide hydrodynamic component, it may also be provided that at least one of the magnetic field sensors is arranged between two shaft sealing rings surrounding the shaft. In this area between two shaft seals surrounding the shaft of a multi-stage sealing of the shaft or the working space, the possibility arises one or both
Magnetfeldsensoren zwischen diesen Wellendichtringen anzuordnen. Dies hat den Vorteil, dass Abrieb aus dem Arbeitsraum nicht in dem Maß in einem solchen Bereich gelangen wird und dass eine Verschmutzung der Magnetfeldsensoren dadurch weitgehend vermieden werden kann. To arrange magnetic field sensors between these shaft seals. This has the advantage that abrasion from the working space will not reach the extent in such an area and that contamination of the magnetic field sensors can thereby be largely avoided.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der In a particularly favorable and advantageous embodiment of
erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente kann es vorgesehen sein, dass eine Wellenabdichtung wenigstens einen Wellendichtring und einen über ein Trägerelement mit dem Wellendichtring verbundenen Kolbenring aufweist. Bei diesem Aufbau kann dann wenigstens einer der Magnetfeldsensoren auf dem Trägerelement angeordnet sein. Dieser Aufbau mit einem zwischen Arbeitsraum und erstem Dichtraum platzierten Kolbenring ermöglicht eine Verringerung des Drucks in dem ersten Dichtraum gegenüber dem Druck im Arbeitsraum auf beispielsweise ca. 20 % des Drucks im Arbeitsraum. Der Kolbenring ist dabei häufig über ein Trägerelement mit einem Wellendichtring verbunden, welcher die Abdichtung des ersten Dichtraums gegenüber der Umgebung oder gegebenenfalls auch gegenüber einem weiteren zweiten Dichtraum gewährleistet. Ein solcher Träger eignet sich, gegebenenfalls in axialer Richtung verlängert, ideal um den Magnetfeldsensor zu tragen, da dieser typischerweise aus einer Blechhülse ausgebildet ist, welcher die Welle entsprechend umgibt. Bei ausreichender axialer Länge dieses Trägerelements ist es auch sehr gut möglich, die According to the invention hydrodynamic component, it may be provided that a shaft seal has at least one shaft seal and a connected via a support member with the shaft seal ring piston ring. With this structure, at least one of the magnetic field sensors can then be arranged on the carrier element. This construction with an between working space and the first sealing chamber placed piston ring allows a reduction of the pressure in the first sealing chamber against the pressure in the working space, for example, about 20% of the pressure in the working space. The piston ring is often connected via a carrier element with a shaft sealing ring, which ensures the sealing of the first sealing space relative to the environment or possibly also with respect to a further second sealing space. Such a carrier is suitable, optionally extended in the axial direction, ideal to carry around the magnetic field sensor, since this is typically formed of a metal sleeve, which surrounds the shaft accordingly. With sufficient axial length of this support element, it is also very possible, the
Magnetfeldsensoren, korrespondierend zu den beiden axial voneinander Magnetic field sensors, corresponding to the two axially from each other
beabstandeten Abschnitte der Welle, beide in einem gewissen axialen Abstand zueinander auf dem Trägerelement zu platzieren, um so einfach und effizient eine Möglichkeit zur Integration der Sensorik zu gewährleisten. spaced portions of the shaft, both at a certain axial distance from each other to place on the support member, so as to easily and efficiently ensure a possibility for integration of the sensor.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Welle im Bereich eines der Abschnitte an einer oder mehreren um den Umfang der Welle verteilten Stellen so ausgebildet ist, dass eine mechanische Belastung der Welle einen Spannungsgradienten verursacht. Aufgrund des Joule-Effekts ergibt sich in diesem Fall eine mit der Position dieser Stelle einhergehende In an advantageous development of the invention, it may be provided that the shaft is formed in the region of one of the sections at one or more points distributed around the circumference of the shaft so that a mechanical load on the shaft causes a voltage gradient. Due to the Joule effect, this results in a situation associated with the position of this position
Veränderung des Magnetfelds. Wenn im Bereich eines der Abschnitte eine oder mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Stellen vorhanden sind, welche eine solche Veränderung des Magnetfelds verursachen, dann ergibt sich hierdurch, ohne dass die Magnetfelder speziell für eine Drehzahlmessung vorgesehen sein müssen, die Möglichkeit die Drehzahl zu messen, da eine durch die Stelle mit dem Spannungsgradient verursachte charakteristische Veränderung des Magnetfeldeds einmal oder mehrmals pro Umdrehung, je nach Anzahl der Stellen, detektiert wird. Hieraus lässt sich sehr einfach ein Drehzahlsignal ableiten. In einer sehr vorteilhaften Weiterführung dieser Idee, kann es vorgesehen sein, dass die Stellen als Entlastungs- beziehungsweise Ablaufbohrung für ein Change of the magnetic field. If, in the region of one of the sections, there are one or more points distributed over the circumference which cause such a change in the magnetic field, then, without the magnetic fields having to be provided specifically for a rotational speed measurement, the possibility arises of measuring the rotational speed, since a characteristic change of the magnetic field caused by the location with the voltage gradient is detected once or several times per revolution, depending on the number of locations. From this it is very easy to derive a speed signal. In a very advantageous continuation of this idea, it may be provided that the bodies as relief or drain hole for a
Schmiermittel aus einem Bereich zwischen zwei Dichtelementen der Welle ausgebildet sind. Derartige Entlastungsbohrungen können beispielsweise im Bereich zwischen zwei Wellendichtringen oder im Bereich zwischen einem Lubricants are formed from a region between two sealing elements of the shaft. Such relief holes, for example, in the area between two shaft seals or in the area between a
Kolbenring und einem Wellendichtring, also in einem dem Arbeitsraum Piston ring and a shaft seal, so in a working space
benachbarten Dichtbereich vorgesehen sein, um Schmiermittel unter geringerem Druck entsprechend abzuführen, beispielsweise durch eine im Inneren der Welle verlaufende zentrale Bohrung oder dergleichen. Diese Entlastungsbohrungen verursachen einen Spannungsgradienten, so dass ohne zusätzlichen be provided adjacent sealing region to remove lubricant under a lower pressure accordingly, for example, by a running inside the shaft central bore or the like. These relief holes cause a voltage gradient, so without additional
fertigungstechnischen Aufwand, und mit dem besonderen Nebeneffekt eine oder mehrere Entlastungsbohrungen bereits integriert zu haben, einfach und effizient eine Drehzahlmessung über das in dem jeweiligen Abschnitt mit der Welle rotierende, über den Umfang inhomogene Magnetfeld erreicht werden kann. manufacturing complexity, and with the special side effect of having one or more relief wells already integrated, easy and efficient speed measurement can be achieved via the rotating in the respective section with the shaft, inhomogeneous over the circumference magnetic field.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der hydrodynamischen Komponente kann dabei einen Wandler oder eine hydrodynamische Kupplung sein. Insbesondere kann die Komponente auch ein hydrodynamischer Retarder sein. Dieser Retarder kann entsprechend einfach aufgebaut werden, da im Gegensatz zu Aufbauten im Stand der Technik der Stator unmittelbar in das Gehäuse integriert ausgebildet werden kann, da das Drehmoment im Bereich der Welle erfasst werden kann und hierfür keine Drehbewegung des Stators um seine Achse notwendig ist. Außerdem lässt sich durch die einfache und kompakte Integration der Sensorik, The inventive design of the hydrodynamic component may be a converter or a hydrodynamic coupling. In particular, the component may also be a hydrodynamic retarder. This retarder can be correspondingly simple in construction, since, in contrast to constructions in the prior art, the stator can be formed directly integrated into the housing, since the torque can be detected in the shaft and for this no rotational movement of the stator about its axis is necessary. In addition, the simple and compact integration of the sensors,
beispielsweise in die Wellendichtringe oder in den Bereich der Dichtelemente, mit minimalem Aufwand und minimalem Bauraum eine Sensorik in den For example, in the shaft seals or in the region of the sealing elements, with minimal effort and minimal space a sensor in the
entsprechenden Retarder integrieren, welche sehr einfach, effizient und platzsparend ausgeführt werden kann. Sie erlaubt es sowohl das Drehmoment als auch die Drehzahl zu messen und damit alle zur Ansteuerung des Retarders bzw. zur Ansteuerung eines den Retarder als eine der Bremsmöglichkeiten mit umfassenden Bremssystems zu gewährleisten. Die nach dem Prinzip der Magnetostriktion aufgebauten Sensoren ermöglichen einen Einsatz unter vielfältigen Bedingungen, da die Magnetfeldsensoren entsprechend einfach sind und gegenüber Temperaturen, Umgebungseinflüssen und dergleichen sehr resistent ausgebildet werden können. Sie können Integrate appropriate retarder, which can be very simple, efficient and space-saving. It allows both the torque and the speed to be measured and thus to ensure all of the control of the retarder or to control the retarder as one of the braking options with comprehensive braking system. The sensors constructed on the principle of magnetostriction allow use under a wide variety of conditions, since the magnetic field sensors are correspondingly simple and can be made very resistant to temperatures, environmental influences and the like. You can
beispielsweise im Bereich des Schmieröls oder Arbeitsmediums eingesetzt werden und können insbesondere auch unter entsprechend hohen For example, be used in the field of lubricating oil or working fluid and can in particular under correspondingly high
Umgebungstemperaturen sicher und zuverlässig betrieben werden. Ambient temperatures can be operated safely and reliably.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Komponente ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden. Further advantageous embodiments of the hydrodynamic component of the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiments, which are explained below with reference to the figures.
Dabei zeigen: Showing:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines hydrodynamischen Retarders; Figure 1 is a schematic representation of a hydrodynamic retarder;
Figur 2 einen Aufbau zum Messen des Drehmoments und/oder der Drehzahl an der Welle des Retarders gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a design for measuring the torque and / or the rotational speed on the shaft of the retarder according to FIG. 1;
Figur 3 eine erste mögliche Ausführungsform zur Anordnung der Figure 3 shows a first possible embodiment for the arrangement of
Magnetfeldsensoren ;  Magnetic field sensors;
Figur 4 eine zweite mögliche Ausführungsform zur Anordnung der Figure 4 shows a second possible embodiment for the arrangement of
Magnetfeldsensoren;  Magnetic field sensors;
Figur 5 eine dritte mögliche Ausführungsform zur Anordnung der Figure 5 shows a third possible embodiment for the arrangement of
Magnetfeldsensoren ; Figur 6 eine vierte mögliche Ausführungsform zur Anordnung der Magnetic field sensors; Figure 6 shows a fourth possible embodiment for the arrangement of
Magnetfeldsensoren; und  Magnetic field sensors; and
Figur 7 ein Diagramm des Schubspannungsverlaufs in der Welle gemäß Figur 7 shows a diagram of the shear stress curve in the shaft according to FIG
6.  6th
In der Darstellung der Fig. 1 ist in einer Prinzipdarstellung eine sehr einfach aufgebaute hydrodynamische Komponente 1 in Form eines Retarders 1 zu erkennen. Der hydrodynamische Retarder 1 besteht aus einem Primärrad 2, welches drehbeweglich ausgebildet ist, und welches drehfest auf einer Welle 3 angeordnet ist. Das Primärrad des hydrodynamischen Retarders 1 wird auch als Rotor bezeichnet. Der Rotor 2 weist nun an seinem äußeren Ende einen In the illustration of FIG. 1, a hydrodynamic component 1 in the form of a retarder 1, which is constructed very simply, can be seen in a schematic diagram. The hydrodynamic retarder 1 consists of a primary wheel 2, which is designed to be rotatable, and which is arranged rotationally fixed on a shaft 3. The primary wheel of the hydrodynamic retarder 1 is also referred to as a rotor. The rotor 2 now has a at its outer end
beschaufelten Bereich auf, welcher zusammen mit einem korrespondierenden beschaufelten Bereich in einem Sekundärrad 4 einen mit 5 bezeichnetem bladed area, which together with a corresponding bladed area in a secondary wheel 4 denoted by 5
torusförmigem Arbeitsraum ausbildet. Das Sekundärrad 4 steht beim Aufbau des Retarders typischerweise fest und ist in dem hier dargestellten sehr einfachen Ausführungsbeispiel in ein Gehäuse 6 integriert ausgeführt. Das Sekundärrad 4 wird auch als Stator 4 bezeichnet. Der Arbeitsraum 5 des Retarders 1 wird mit einem Arbeitsmedium, beispielsweise dem Kühlwasser eines Kühlkreislaufs im Falle eines Wasserretarders oder einem Öl als Arbeitsmedium immer dann befüllt, wenn mit dem Retarder 1 verschleißfrei gebremst werden soll. Der Arbeitsraum 5 ist über hier prinzipmäßig angedeutete Dichtelemente 7 gegenüber der Umgebung abgedichtet, die Welle 3 ist über angedeutete Lager 8, beispielsweise Wälzlager, entsprechend gelagert. forming a toroidal working space. The secondary wheel 4 is typically fixed in the structure of the retarder and is designed to be integrated into a housing 6 in the very simple exemplary embodiment illustrated here. The secondary wheel 4 is also referred to as stator 4. The working space 5 of the retarder 1 is always filled with a working medium, for example the cooling water of a cooling circuit in the case of a Wasserretarders or an oil as a working medium when it is to be braked wear-free with the retarder. The working space 5 is sealed over here in principle indicated sealing elements 7 relative to the environment, the shaft 3 is about indicated bearings 8, for example, bearings mounted accordingly.
Der Retarder 1 kann zum Beispiel in einem Nutzfahrzeug, einem Schienenfahrzeug oder dergleichen angeordnet werden. Der Rotor 2 bewegt das in dem Arbeitsraum 5 befindliche Arbeitsmedium mit seinem beschaufelten Bereich und versucht damit ein entsprechendes Drehmoment auf den Stator 4 zu übertragen. Da der Stator 4 seinerseits nicht drehbeweglich ausgebildet ist, entsteht ein entsprechendes Bremsmoment. Die anfallende Leistung wird in Wärme in dem Arbeitsmedium umgewandelt. Falls das Arbeitsmedium das Kühlmedium im Kühlkreislauf eines mit dem Retarder 1 ausgerüsteten Fahrzeugs ist, wird die Wärme über das The retarder 1 may for example be arranged in a commercial vehicle, a rail vehicle or the like. The rotor 2 moves the working medium located in the working space 5 with its bladed area and thus tries to transmit a corresponding torque to the stator 4. Since the stator 4 in turn is not rotatably formed, creates a corresponding Braking torque. The resulting power is converted into heat in the working medium. If the working medium is the cooling medium in the cooling circuit of a vehicle equipped with the retarder 1, the heat is transferred through the
Kühlmedium direkt abgeführt, falls ein Öl als Arbeitsmedium für den Retarder 1 eingesetzt wird, wird dieses über einen Wärmetauscher von einem Kühlmedium in einem Kreislauf des Fahrzeugs abgekühlt. Cooling medium discharged directly, if an oil is used as the working medium for the retarder 1, this is cooled by a heat exchanger of a cooling medium in a cycle of the vehicle.
Ein solcher Retarder 1 bildet dabei häufig einen Teil eines Bremssystems und wird mit weiteren Bremsen kombiniert. Dies können beispielsweise eine Motorbremse, eine Reibbremse, sowie gegebenenfalls ein Generator zum rekuperativen Bremsen sein. Um die Bremsleistung nun ideal auf die einzelnen Bremsen verteilen zu können, ist es wichtig, dass das durch die einzelnen Bremsen aufgebrachte Such a retarder 1 often forms part of a braking system and is combined with other brakes. This can be, for example, an engine brake, a friction brake and optionally a generator for recuperative braking. In order to be able to distribute the braking power ideally to the individual brakes, it is important that the force applied by the individual brakes
Bremsmoment bekannt ist. Hierfür soll das Bremsmoment, für das hier Braking torque is known. For this purpose, the braking torque, for here
dargestellte Ausführungsbeispiel im Bereich des Retarders 1, entsprechend gemessen werden. Der in Fig. 1 prinzipmäßig angedeutete Retarder 1 soll dafür über eine Einrichtung zum Erfassen des übertragenen Drehmoments verfügen, welche in der Darstellung in Fig. 2 prinzipmäßig angedeutet ist. Diese Einrichtung besteht im Wesentlichen aus zwei Abschnitten 9, 10 der Welle 3, welche mit einem permanenten Magnetfeld versehen worden sind. Zumindest die beiden Abschnitte 9, 10, insbesondere jedoch die ganze Welle 3 kann dafür aus einem ferromagnetischen Material hergestellt werden. Wie in dem in der Beschreibung genannten Stand der Technik gezeigt, können die Abschnitte 9, 10 mit einem permanenten Magnetfeld versehen werden, welches dauerhaft im Bereich der Welle 3 bzw. im Bereich der Abschnitte 9, 10 verbleibt und so lediglich einmal vor der Montage der Welle 3 in den Retarder 1 erzeugt werden muss. Das in den beiden Abschnitten 9, 10 befindliche Magnetfeld ist dabei drehfest zum jeweiligen Abschnitt 9, 10 der Welle 3 ausgebildet. illustrated embodiment in the region of the retarder 1, are measured accordingly. The retarder 1, which is indicated in principle in FIG. 1, should have a device for detecting the transmitted torque, which is indicated in principle in the illustration in FIG. This device consists essentially of two sections 9, 10 of the shaft 3, which have been provided with a permanent magnetic field. At least the two sections 9, 10, but in particular the entire shaft 3 can be made of a ferromagnetic material for this purpose. As shown in the prior art mentioned in the description, the sections 9, 10 can be provided with a permanent magnetic field which remains permanently in the area of the shaft 3 or in the area of the sections 9, 10 and thus only once before the assembly Wave 3 must be generated in the retarder 1. The magnetic field located in the two sections 9, 10 is rotationally fixed to the respective section 9, 10 of the shaft 3.
Kommt es nun, wie in der Darstellung der Fig. 2 angedeutet, zu einer Belastung der Welle 3 über ein Drehmoment Mi, so bildet sich durch den drehfesten mit der Welle verbundenen Rotor 2 und das oben beschriebene Wirkprinzip des Retarders 1 ein entsprechendes Gegenmoment aus, welches in der Darstellung der Fig. 2 mit M2 bezeichnet ist. Aufgrund des Drehmoments und des Gegenmoments kommt es zu einer (geringfügigen) Torsion der Welle 3. Aus dem axialen Abstand I der beiden Abschnitte 9, 10, den Materialeigenschaften und der Geometrie der Welle 3 in diesem Bereich und einem Verdrehwinkel des ersten Abschnitts 9 gegenüber dem zweiten Abschnitt 10 lässt sich so das Drehmoment im Bereich der Welle 3 erfassen. Die Welle 3 selbst bildet dabei den Primärsensor. Um die Abschnitte 9, 10 der Welle 3 sind berührungslos Magnetfeldsensoren 11, 12 als If it now, as indicated in the illustration of Fig. 2, to a load of the shaft 3 via a torque Mi, so forms by the rotationally fixed with the Shaft-connected rotor 2 and the above-described principle of action of the retarder 1 from a corresponding counter-torque, which is designated in the illustration of FIG. 2 with M2. Due to the torque and the counter-torque, there is a (slight) torsion of the shaft 3. From the axial distance I of the two sections 9, 10, the material properties and the geometry of the shaft 3 in this area and a twist angle of the first section 9 relative to the second section 10 can thus detect the torque in the shaft 3. The shaft 3 itself forms the primary sensor. To the sections 9, 10 of the shaft 3 are non-contact magnetic field sensors 11, 12 as
Sekundärsensoren angeordnet. Diese sind in Form von Spulen ausgeführt, welche die Welle 3 umgeben. Sie sind über entsprechende Leitungselemente 13 mit einer Auswerteelektronik 14 verbunden, welche beispielsweise außerhalb des Gehäuses 6 des Retarders 1 angeordnet sein kann. Über die Magnetfeldsensoren 11, 12 lässt sich das im Bereich der Abschnitte 9, 10 befindliche Magnetfeld erfassen. Kommt es zu einer Winkelabweichung zwischen den beiden Abschnitten 9, 10 so werden auch die in den Abschnitten 9, 10 drehfest mit der Welle eingeprägten Secondary sensors arranged. These are designed in the form of coils which surround the shaft 3. They are connected via corresponding line elements 13 with a transmitter 14, which may be arranged outside the housing 6 of the retarder 1, for example. The magnetic field sensors 11, 12 can detect the magnetic field located in the region of the sections 9, 10. If there is an angular deviation between the two sections 9, 10, then those in the sections 9, 10 are also impressed in a rotationally fixed manner with the shaft
Magnetfelder in ihrem Winkel zueinander verdreht. Dieser Verdrehwinkel kann durch die Magnetfeldsensoren 11, 12 erfasst werden und erlaubt es mit den geometrischen Eigenschaften und der Materialeigenschaft des Aufbaus auf das Drehmoment rückzuschließen. Magnetic fields rotated at an angle to each other. This angle of rotation can be detected by the magnetic field sensors 11, 12 and allows to draw conclusions about the torque with the geometric properties and the material property of the structure.
Die Einrichtung zur Erfassung des Drehmoments nutzt dabei das Prinzip der Magnetostriktion bzw. den Joule-Effekt. Die Magnetfeldsensoren 11, 12 in Form der Spulen umgeben die Welle 3 berührungslos, so dass hierdurch zusätzlicher Reibungsaufwand oder dergleichen entsteht. Außerdem sind sie vergleichsweise klein und sehr robust, so dass sie auch in Schmieröl, unter hohen Temperaturen, und im Arbeitsmedium des Retarders 1 eingesetzt werden können. Dadurch dass die Welle selbst bzw. die magnetisierten Abschnitte 9, 10 der Welle 3 als The device for detecting the torque uses the principle of magnetostriction or the Joule effect. The magnetic field sensors 11, 12 in the form of the coils surround the shaft 3 without contact, so that additional friction or the like arises as a result. In addition, they are relatively small and very robust, so that they can be used in lubricating oil, at high temperatures, and in the working medium of the retarder 1. Characterized in that the shaft itself or the magnetized portions 9, 10 of the shaft 3 as
Primärsensor dienen, ist der Aufbau außerordentlich kompakt, da lediglich die Magnetfeldsensoren 11, 12 einen zusätzlichen Bauraum benötigen. Um diese nun vergleichsweise bauraumsparend in dem Retarder 1 anzuordnen, kann es insbesondere vorgesehen sein, sie im Bereich der Dichtelemente 7 anzuordnen bzw. in diese zu integrieren. Serving primary sensor, the structure is extremely compact, since only the magnetic field sensors 11, 12 require additional space. To this now Arranging comparatively space-saving in the retarder 1, it can be provided in particular to arrange them in the region of the sealing elements 7 or to integrate into these.
In der Darstellung der Fig. 3 ist ein entsprechender Ausschnitt mit der Welle 3 und dem Gehäuse 6 des Retarders 1 zu erkennen. Um die Welle 3, aber lediglich oberhalb der Welle 3 dargeteilt, sind dabei zwei Wellendichtringe 15 angeordnet, welche den links des gezeigten Abschnitts befindlichen Bereich der Umgebung mit dem rechts des gezeigten Abschnitts befindlichen Arbeitsraum 5 gegeneinander abdichten. Die Wellendichtringe 15 sind dabei in an sich bekannter Art und Weise ausgeführt. Sie weisen zusätzlich die beiden Magnetfeldsensoren 11, 12 in Form von Spulen auf. Durch die Integration der Magnetfeldsensoren 11, 12 in die Wellendichtringe 15 gelingt ein sehr kompakter Aufbau. Da die Wellendichtringe 15 ohnehin vorhanden sind, müssen diese in ihrer Bauform nur minimal angepasst werden und können so in bestehende Konstruktionen problemlos nachgerüstet werden, da der Gesamtaufbau aus Wellendichtring 15 und integrierten In the illustration of Fig. 3, a corresponding section with the shaft 3 and the housing 6 of the retarder 1 can be seen. Arranged around the shaft 3, but only above the shaft 3, two shaft sealing rings 15 are arranged, which seal the region of the environment to the left of the section shown with the working space 5 located on the right of the section shown. The shaft seals 15 are executed in a conventional manner. They additionally have the two magnetic field sensors 11, 12 in the form of coils. By integrating the magnetic field sensors 11, 12 in the shaft seals 15, a very compact design succeeds. Since the shaft seals 15 are present anyway, they must be minimally adapted in their design and can be easily retrofitted into existing structures, since the overall structure of shaft seal 15 and integrated
Magnetfeldsensoren 11, 12 so gestaltet werden kann, dass dies in den Magnetic field sensors 11, 12 can be designed so that in the
Außenabmessungen einem herkömmlichen Wellendichtring 15 entspricht. Da der Primärsensor im Bereich der Welle 3 lediglich durch Magnetisieren eingeprägt wird, entsteht so praktisch kein zusätzlicher Aufwand hinsichtlich des Bauraums. Outside dimensions corresponds to a conventional shaft seal 15. Since the primary sensor is impressed in the region of the shaft 3 only by magnetization, so there is virtually no additional effort in terms of space.
Eine analoge Darstellung ist in Fig. 4 zu erkennen. Die beiden Magnetfeldsensoren 11, 12 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen zwei An analogous representation can be seen in FIG. 4. The two magnetic field sensors 11, 12 are in the embodiment shown here between two
Wellendichtringen 15 in den zwischen den Wellendichtringen 15 befindlichen Raum integriert. Der bei herkömmlichen Konstruktionen ohnehin vorhandene Raum kann insbesondere zur Integration der Magnetfeldsensoren 11, 12 genutzt werden, da hier vergleichsweise kontrollierte und gleichmäßige Bedingungen herrschen und da in diesem Bereich moderate Drücke und vergleichsweise wenig Abrieb aus dem Bereich des Arbeitsraums 5 vorliegen. Die Magnetfeldsensoren können damit über einen langen Zeitraum hinweg unter sehr konstanten Bedingungen arbeiten, so dass die Zuverlässigkeit des Aufbaus gesteigert werden kann. Dies gilt dabei auch für den in Fig. 3 dargestellten Aufbau. Shaft seals 15 integrated in the space between the shaft seals 15 space. The existing space in conventional constructions anyway space can be used in particular for the integration of the magnetic field sensors 11, 12, since relatively controlled and uniform conditions prevail and since there are moderate pressures and relatively little abrasion from the area of the working space 5 in this area. The magnetic field sensors can thus be at a very constant over a long period of time Working conditions, so that the reliability of the structure can be increased. This also applies to the structure shown in Fig. 3.
In der Darstellung in Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform zu erkennen. Die Welle 3 ist hier als Hohlwelle ausgeführt, welche in ihrem Inneren über eine Durchgangsbohrung oder Sacklochbohrung 16 verfügt. Da die Magnetisierung der Abschnitte 9, 10 nicht nur nach außerhalb, sondern auch in das Innere einer Hohlwelle wirkt, ist es möglich die Magnetfeldsensoren 11, 12 nicht nur um die Welle 3 herum, sondern auch im Inneren der Welle 3 anzuordnen. Diese sind über einen entsprechenden Träger 17 ortsfest mit einem nicht drehenden Teil, beispielsweise dem Gehäuse 6 verbunden. Sie können dann analog zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen messen. Sie sind aufgrund der Integration in die Welle von vom Außenbereich der Welle 3 auftretenden Ereignissen sicher und zuverlässig geschützt. Über den Träger 17 können die Leitungselemente 13 einfach nach Außen geführt werden. In the illustration in Fig. 5, an alternative embodiment can be seen. The shaft 3 is designed here as a hollow shaft, which has a through hole or blind hole 16 in its interior. Since the magnetization of the sections 9, 10 acts not only outside, but also inside a hollow shaft, it is possible to arrange the magnetic field sensors 11, 12 not only around the shaft 3 but also inside the shaft 3. These are connected via a corresponding carrier 17 fixedly connected to a non-rotating part, such as the housing 6. You can then measure analogous to the embodiments described above. They are safely and reliably protected due to the integration into the wave of events occurring from the outside of the shaft 3. About the carrier 17, the line elements 13 can be easily outward.
In der Darstellung der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform des analog zu dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Aufbau dargestellt. Bei diesem Aufbau ist lediglich ein Wellendichtring 15 dargestellt. Dieser ist über ein Trägerelement 18 mit einem Kolbenring 19 verbunden und trägt diesen. Das Trägerelement 18 kann dabei als ringförmiges Blechelement die Welle 3 umgeben. Der Kolbenring 19 wirkt mit einer entsprechenden Nut 20 in der Welle 3 zusammen und dichtet den In the illustration of FIG. 6, a further embodiment of the construction analogous to that shown in FIGS. 3 and 4 is shown. In this structure, only one shaft seal 15 is shown. This is connected via a support member 18 with a piston ring 19 and carries it. The carrier element 18 can surround the shaft 3 as a ring-shaped sheet metal element. The piston ring 19 cooperates with a corresponding groove 20 in the shaft 3 and seals the
Arbeitsraum 5 gegenüber dem zwischen dem Kolbenring 19 und dem Working space 5 opposite to the between the piston ring 19 and the
Wellendichtring 15 befindlichen ersten Dichtbereich 1 ab. Im Bereich des Shaft seal 15 located first sealing region 1 from. In the area of
Arbeitsraums können dabei typischerweise Drücke in der Größenordnung von beispielsweise 10 bar vorliegen. In dem ersten Dichtbereich 21 zwischen dem Kolbenring 19 und dem Wellendichtring 15 wird sich dann typischerweise ein Druck in der Größenordnung von 1,5 bis 2,5 bar einstellen. Das Trägerelement 18 ist auch in herkömmlichen Aufbauten bekannt und üblich. Es weist dabei eine vergleichsweise geringe axiale Länge auf. In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde diese axiale Länge des Trägerelements 18 Working space can typically be pressures of the order of, for example, 10 bar. In the first sealing region 21 between the piston ring 19 and the shaft seal 15 then typically a pressure in the order of 1.5 to 2.5 bar will adjust. The support member 18 is also known and customary in conventional constructions. It has a comparatively small axial length. In that shown in Fig. 6 Embodiment, this axial length of the support member 18th
entsprechend vergrößert, um so den ersten Dichtbereich 21 zu vergrößern und Raum für die Magnetfeldsensoren 11, 12 zu schaffen, welche mit dem increased accordingly, so as to increase the first sealing area 21 and to create space for the magnetic field sensors 11, 12, which with the
Trägerelement 18 verbunden sind. Damit kann eine bauliche Integration der Magnetfeldsensoren 11, 12 erreicht werden, bei welchem lediglich eine minimale Anpassung des Aufbaus notwendig wird. Um eine gute Abdichtung des Retarders 1 gegenüber der Umgebung realisieren zu können, kann außerdem optional ein weiterer Wellendichtring 15 vorhanden sein, um so auf der dem ersten Dichtraum 21 abgewandten Seite des hier dargestellten Wellendichtrings 15 einen zweiten Dichtraum auszubilden. Außerdem ist der erste Dichtraum 21 über eine Carrier element 18 are connected. Thus, a structural integration of the magnetic field sensors 11, 12 can be achieved, in which only a minimal adjustment of the structure is necessary. In order to be able to realize a good sealing of the retarder 1 with respect to the environment, optionally a further shaft sealing ring 15 may be provided so as to form a second sealing space on the side facing away from the first sealing chamber 21 side of the shaft seal ring 15 shown here. In addition, the first sealing space 21 via a
Entlastungsbohrung 22 mit einer Bohrung 16 im Bereich der als Hohlwelle ausgeführten Welle 13 verbunden. Über diese Entlastungsbohrüng 22 kann Öl aus dem zweiten Dichtraum abfließen und so die Abdichtung des Retarders 1 entscheidend verbessern. Relief bore 22 connected to a bore 16 in the region of the shaft 13 designed as a hollow shaft. Oil can flow out of the second sealing space via this relief bore 22 and thus decisively improve the sealing of the retarder 1.
Neben dem Drehmoment, welches über die Magnetfeldsensoren 11, 12 sowie die magnetisierten Abschnitte 9, 10 der Welle 3 gemessen wird, ergibt sich mit der Einrichtung zur Erfassung des Drehmoments außerdem die Möglichkeit, ergänzend oder auch alternativ zum Drehmoment die Drehzahl der Welle 3 zu erfassen. Dabei kann beispielsweise das Magnetfeld so ausgebildet werden, dass dieses um den Umfang der Welle 3 magnetisch unterschiedlich wirkende Teilbereiche aufweist, so dass ein entsprechender Bereich über die Magnetfeldsensoren 11, 12 detektiert und einem Umlaufen der Welle zugeordnet werden kann. In addition to the torque which is measured via the magnetic field sensors 11, 12 and the magnetized sections 9, 10 of the shaft 3, the torque detection device also provides the possibility of detecting the rotational speed of the shaft 3 in addition to or alternatively to the torque , In this case, for example, the magnetic field can be formed such that it has magnetically differently acting partial regions around the circumference of the shaft 3, so that a corresponding region can be detected via the magnetic field sensors 11, 12 and associated with a rotation of the shaft.
Insbesondere ergibt sich eine solche Inhomogenität des Magnetfelds um den Umfang der Welle 3 jedoch auch, wenn im Bereich der Welle 3 eine In particular, however, such inhomogeneity of the magnetic field around the circumference of the shaft 3 also results when in the region of the shaft 3 a
entsprechende Stelle angeordnet ist, welche für einen Spannungsgradient in der bei der mechanischen Belastung der Welle auftretenden Spannung sorgt. Eine solche Stelle kann beispielsweise eine in axiale Richtung verlaufende Nut, Stufe oder dergleichen sein. Insbesondere kann die Entlastungsbohrung 22 oder auch mehrere über den Umfang der Welle 3 angeordnete Entlastungsbohrungen 22 entsprechend genutzt werden. In der Darstellung der Fig. 7 ist in einem Diagramm die Schubspannung im Bereich der Welle 3 über deren axiale Ausdehnung zu erkennen. Die gestrichelte Linie zeigt dabei die Schubspannung in den Bereichen, in denen keine Entlastungsbohrung 22 angeordnet ist. Die durchgezogene Linie zeigt die Schubspannung in dem Bereich, in dem die Entlastungsbohrung 22 angeordnet ist. Diese stark abweichende Schubspannung sorgt entsprechend dem Joule-Effekt für eine Veränderung in dem Magnetfeld des zugeordneten corresponding point is arranged, which ensures a voltage gradient in the voltage occurring during the mechanical loading of the shaft. Such a location may be, for example, an axially extending groove, step or the like. In particular, the relief hole 22 or a plurality of arranged over the circumference of the shaft 3 relief holes 22 are used accordingly. In the illustration of FIG. 7, the shear stress in the region of the shaft 3 can be seen in a diagram via its axial extent. The dashed line shows the shear stress in the areas where no relief hole 22 is arranged. The solid line shows the shear stress in the region in which the relief hole 22 is arranged. This strongly deviating shear stress ensures according to the Joule effect for a change in the magnetic field of the associated
Abschnitts, in diesem Fall des zugeordneten zweiten Abschnitts 10, so dass in diesem Abschnitt an den Stellen des Umfangs, an denen die Entlastungsbohrung 22 angeordnet ist, eine entsprechende Veränderung des Magnetfelds auftritt. Ist dann beispielsweise eine Entlastungsbohrung 22 um den Umfang angeordnet, so wird die entsprechende Störung in der Schubspannung und damit in dem Section, in this case the associated second portion 10, so that in this section at the locations of the circumference at which the relief hole 22 is arranged, a corresponding change of the magnetic field occurs. If, for example, a relief bore 22 is arranged around the circumference, then the corresponding disturbance in the shear stress and thus in the
Magnetfeld immer dann detektiert, wenn diese Stelle in einer bestimmten Position steht. Je Umdrehung der Welle lässt sich dieses Ereignis also einmal erfassen, wodurch ein einfacher und effizienter Drehzahlsensor entsteht, welcher die ohnehin vorhandenen Gegebenheiten, in diesem Fall die Entlastungsbohrung 22 des Dichtsystems entsprechend nutzt, um ohne zusätzlichen Fertigungs- oder Montageaufwand einfach, effizient und zuverlässig neben dem Drehmoment auch die Drehzahl der Welle 3 erfassen zu können. Magnetic field always detected when this position is in a certain position. Each revolution of the shaft, this event can thus capture once, creating a simple and efficient speed sensor, which uses the already existing conditions, in this case the relief hole 22 of the sealing system accordingly, to simple, efficient and reliable without additional manufacturing or assembly costs the torque and the speed of the shaft 3 can detect.

Claims

Patentansprüche claims
1. Hydrodynamische Komponente (1) 1. Hydrodynamic component (1)
1.1 mit wenigstens zwei einen Arbeitsraum (5) zwischen sich ausbildenden Elementen (2, 4), welche ein Primärrad (2) und ein Sekundärrad (4) umfassen, und welche über ein in den Arbeitsraum einbringbares  1.1 with at least two a working space (5) between them forming elements (2, 4), which comprise a primary wheel (2) and a secondary wheel (4), and which can be introduced via a in the working space
Arbeitsmedium ein Drehmoment zwischen den Elementen (2, 4) übertragen,  Working medium transmits a torque between the elements (2, 4),
1.2 wenigstens eines der Elemente (2, 4) ist drehfest auf einer Welle (3) angeordnet,  1.2 at least one of the elements (2, 4) is rotatably mounted on a shaft (3),
1.3 mit einer Einrichtung zum Erfassen einer das übertragene Drehmoment und/oder die Drehzahl der Welle (3) zumindest mittelbar  1.3 with a device for detecting a transmitted torque and / or the rotational speed of the shaft (3) at least indirectly
charakterisierenden Größe,  characterizing size,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
1.4 die Welle (3) zumindest in wenigstens zwei axial voneinander  1.4, the shaft (3) at least in at least two axially from each other
beabstandeten Abschnitten (9, 10) jeweils aus einem ferromagnetischen Material besteht und mit einem drehfest zum jeweiligen Abschnitt (9, 10) ausgebildeten Magnetfeld versehen ist, und dass  each spaced portions (9, 10) consists of a ferromagnetic material and with a rotationally fixed to the respective section (9, 10) formed magnetic field is provided, and that
1.5 in mit den wenigstens zwei Abschnitten (9, 10) korrespondierenden  1.5 in with the at least two sections (9, 10) corresponding
Bereichen Magnetfeldsensoren (11, 12) angeordnet sind.  Areas magnetic field sensors (11, 12) are arranged.
2. Hydrodynamische Komponente (1) nach Anspruch 1, dadurch 2. Hydrodynamic component (1) according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Abschnitte (9, 10) mit einem permanenten Magnetfeld versehen ist.  in that at least one of the sections (9, 10) is provided with a permanent magnetic field.
3. Hydrodynamische Komponente (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld wenigstens eines Abschnitts (9, 10) als codiertes Magnetfeld ausgebildet ist. 3. Hydrodynamic component (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic field of at least one portion (9, 10) is formed as a coded magnetic field.
4. Hydrodynamische Komponente (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld wenigstens eines Abschnitts (9, 10) in Umfangsrichtung wenigstens zwei sich magnetisch voneinander 4. hydrodynamic component (1) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the magnetic field of at least one portion (9, 10) in the circumferential direction at least two magnetically from each other
unterscheidende Teilbereiche aufweist.  has distinctive subareas.
5. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (11, 12) 5. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnetic field sensors (11, 12)
berührungslos zur Welle (3) ausgebildet sind.  contactless to the shaft (3) are formed.
6. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (11, 12) in Form von Spulen ausgebildet sind. 6. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the magnetic field sensors (11, 12) are designed in the form of coils.
7. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (11, 12) die Welle (3) umgeben. 7. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the magnetic field sensors (11, 12) surround the shaft (3).
8. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (11, 12) im Inneren der Hohlwelle angeordnet ist. 8. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the shaft (3) is designed as a hollow shaft, wherein at least one of the magnetic field sensors (11, 12) is arranged in the interior of the hollow shaft.
9. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (11, 12) im Bereich eines die Welle (3) umgebenden Dichtelements (7, 15, 19) angeordnet ist. 9. hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one of the magnetic field sensors (11, 12) in the region of a shaft (3) surrounding the sealing element (7, 15, 19) is arranged.
10. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (11, 12) in einem die Welle (3) umgebenden Wellendichtring (15) angeordnet ist. 10. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one of the magnetic field sensors (11, 12) in a shaft (3) surrounding shaft seal (15) is arranged.
11. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (11, 12) zwischen zwei die Welle (3) umgebenden Wellendichtringen (15) angeordnet ist. 11. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one of the magnetic field sensors (11, 12) between two the shaft (3) surrounding the shaft sealing rings (15) is arranged.
12. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (11, 12) im Bereich eines Halters (18) für ein Dichtelement (19) angeordnet ist. 12. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least one of the magnetic field sensors (11, 12) in the region of a holder (18) for a sealing element (19) is arranged.
13. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenabdichtung wenigstens einen Wellendichtring (15) und einen über ein Trägerelement (18) mit dem Wellendichtring (15) verbundenen Kolbenring (19) aufweist, wobei wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (11, 12) auf dem Trägerelement (18) angeordnet ist. 13. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 12, characterized in that a shaft seal has at least one shaft seal (15) and a via a carrier element (18) with the shaft seal (15) connected to the piston ring (19), wherein at least one of the magnetic field sensors (11, 12) is arranged on the carrier element (18).
14. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) im Bereich eines der Abschnitte (9, 10) an einer oder mehreren um den Umfang der Welle (3) verteilten Stelle so ausgebildet ist, dass eine mechanische Belastung der Welle (3) einen Spannungsgradient verursacht. 14. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the shaft (3) in the region of one of the sections (9, 10) at one or more around the circumference of the shaft (3) distributed location is formed is that a mechanical load on the shaft (3) causes a voltage gradient.
15. Hydrodynamische Komponente (1) nach Anspruch 14, dadurch 15. Hydrodynamic component (1) according to claim 14, characterized
gekennzeichnet, dass die Stellen Entlastungsbohrungen (22) für ein  characterized in that the points relief holes (22) for a
Schmiermittel aus einem Bereich (21) zwischen zwei Dichtelementen (15, 19) aufweisen. Lubricant from a region (21) between two sealing elements (15, 19).
16. Hydrodynamische Komponente (1) nach Anspruch 14, dadurch 16. Hydrodynamic component (1) according to claim 14, characterized
gekennzeichnet, dass die Stellen eine axial zur Welle (3) verlaufende Kante oder Nut aufweisen.  in that the locations have an edge or groove extending axially relative to the shaft (3).
17. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der vorhergehenden 17. Hydrodynamic component (1) according to one of the preceding
Ansprüche gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als hydrodynamische Kupplung oder als hydrodynamischer Retarder (1).  Claims characterized by their design as a hydrodynamic coupling or as a hydrodynamic retarder (1).
18. Hydrodynamische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als hydrodynamischer Wandler. 18. Hydrodynamic component (1) according to one of claims 1 to 16, characterized by its design as a hydrodynamic converter.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013110311A1 (en) * 2013-09-19 2015-03-19 Claas Tractor Sas Sensor arrangement for detecting a mechanical stress of a component of an agricultural vehicle
DE102013221056A1 (en) * 2013-10-17 2015-04-23 Robert Bosch Gmbh Clutch sensor system
DE102013224836A1 (en) 2013-12-04 2015-06-11 Voith Patent Gmbh Hydrodynamic machine with measuring system
DE102015218856A1 (en) * 2015-09-30 2017-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Electrical machine unit, in particular for an electric or hybrid vehicle
DE102016212277A1 (en) * 2016-07-06 2018-01-11 Robert Bosch Gmbh Torque detecting device and vehicle
US10788398B2 (en) * 2016-12-23 2020-09-29 Rolls-Royce Corporation Gas turbine engine test stand
CN109113789B (en) * 2018-10-30 2024-02-09 山东安达尔信息科技有限公司 Pressure multidirectional monitoring positionable drilling stress sensor
DE102020101350B4 (en) * 2020-01-21 2022-11-24 Ford Global Technologies Llc Clutch arrangement for a manual transmission of a motor vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005064302A2 (en) 2003-12-30 2005-07-14 Nctengineering Gmbh Methods and apparatuses for magnetizing an object and for calibrating a sensor device
DE102005052105B4 (en) 2005-10-28 2007-11-15 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Hydrodynamic system and method for controlling the hydrodynamic system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4577737A (en) * 1982-08-02 1986-03-25 Nissan Motor Co., Ltd. Lock-up torque converter and method for controlling clutch slip in lock-up torque converter
US4887461A (en) * 1987-06-26 1989-12-19 Nissan Motor Co., Ltd Magnetostriction type torque sensor
JP2950979B2 (en) * 1990-11-30 1999-09-20 マツダ株式会社 Manufacturing method of sensor having magnetic film
JPH04348239A (en) * 1991-03-25 1992-12-03 Mazda Motor Corp Torque/rotation sensor
DE4217049A1 (en) * 1992-05-22 1993-11-25 Siemens Ag Passive surface wave sensor that can be queried wirelessly
WO1997009596A2 (en) * 1995-09-04 1997-03-13 Siemens Aktiengesellschaft Process and sensor for detecting operational data on moving/rotating parts of a device, especially an electric motor
FR2749635B1 (en) * 1996-06-05 2001-03-23 Luk Getriebe Systeme Gmbh VEHICLE WITH A TRANSMISSION AND A TORQUE TRANSMISSION SYSTEM, WITH AUTOMATIC OPERATION
US6047605A (en) * 1997-10-21 2000-04-11 Magna-Lastic Devices, Inc. Collarless circularly magnetized torque transducer having two phase shaft and method for measuring torque using same
DE10024035B4 (en) * 2000-05-16 2010-06-17 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg component
US6817253B2 (en) * 2002-03-14 2004-11-16 Sauer-Danfoss Inc. Method and means for measuring torque in hydraulic power units
DE102004006358B4 (en) * 2004-02-09 2012-11-15 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Temperature controlled hydrodynamic machine
US7070032B2 (en) * 2004-04-16 2006-07-04 Borgwarner Inc. Hydrodynamic coupling apparatus
DE102005015742B4 (en) * 2005-04-06 2007-03-08 Kerntech Gmbh Device and method for determining operating variables of a magnetic coupling
DE102007008492A1 (en) * 2007-02-21 2008-08-28 Kirchner Elektrotechnik Gmbh Transmission device for flexible transmission of torque between drive shaft and output shaft, has drive shaft, which has spindle shaft section, and spindle nut, which is moved in translative manner on spindle shaft section

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005064302A2 (en) 2003-12-30 2005-07-14 Nctengineering Gmbh Methods and apparatuses for magnetizing an object and for calibrating a sensor device
DE102005052105B4 (en) 2005-10-28 2007-11-15 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Hydrodynamic system and method for controlling the hydrodynamic system

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Publication number Publication date
US20140050565A1 (en) 2014-02-20
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