Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung um Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sieb In einer Achse erstreckende yasebinenelernent mit mindestens vier agnerieldsensore unter Nutzung des Invers-magnetestril iven Et- f ektes >

Aus der US : Ö12/Ö2985?7 AI Ist ein magwtoeiästbch raftsensor ekamt, der zw io Messung von Kräften an einem Element ausgebildet i t, weiches umf nglich magneti- stert ist.

Di US 5,321 J8§ lehrt einen magnetostriktiven Drehmomenisensor, bei weic em ei- ne maenetöstriktive Schieht auf die au&ere Oberfläch einer Welle aufgebracht ist und i gegen ber von Anregungs- und Detektionsspulen positioniert ist. Ein auf die Weile wirkendes Drehmoment verursacht eine Materialspannung in der niagnetösinktlven Schiebt, wodurch sich deren relative magnetische Permeabilität richiungsabhängig ändert. Das aus der magnetostriktivea Schicht austretende magnetische Feld ist mit den Petekilonss ulen messbar,

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Die DE$ 38 138 12 Eelgt einen magnetischen Kraftsensor, bei weichem ein mag- netlslertes Material einem: Blegemoment ausgesetet ist, wobei mithilf® einer Senson anerdiiung das äui ere Magnettelrl des rnagneilsierten Materials bestimmbar Ist. §· Aus der DE 603 öi 678 T2 Ist ein Verfahren zum Erfassen eines Drehmomentes in einer Welle bekannt bei welchem yagnetfelder mit alternierender Polarität erzeugt werden, weisbe mit einer Sensoranordnung gemessen werden.

Die US 2Öö7/ÖÖ22BÖi AI zeigt eine Vqrriohtung tur Messung von Drehmomenten, bei0 welcher eine Schicht aus einem magnetcstriktlven Material In einer Welle ausgebildet ist.. Aus der US 5,052,232 in magnetoelastischer Drehmomentsensor bekannt, bei welchem e Maschineneiernent mit zwei ymlaofenrien magnatostrlktiven Besc-hicb- tungen versehen ist, Aus der DE 808 _. 38 90 12 ist ei Dreh omentsanao mltkmlsförmige Magnetlsle- ryng bekannt. Die Magnetisierung ist in e nenTferir agnetischen, magnetostriktiye Material einer Welle ausgebildet und erstreckt sich kraistörmlg um die Welle,

Ans der DE 6§2 22 588 T2 ist ein ringförmig magnetisierter Dmhmomantsenser e* kanht

Die WO 2007/048143 A2 lehrt einen Sensor mit einem magneiislerteh Schaft,

Die WO 01/27638 AI zeigt einen Beschleunigongssensör mit einem Schaft, der ym~ fanglich oder longltydinal magnebsiert ist

Aus der WO 2008/053244 Ä2 ist ein Drehrnomentsensor bekannt dar eine Magnetisierung an einem rotierenden Schaft ymfasst. Die Magnetisierung Ist umfänglich ausgebildet,.

Die US 0,191 ,431 82 ge g eins ee so ano«lriyng mit einem: magnetlsferten Schaft,

Die EP 2 385 927 B1 igt ein Tretiager mit zwei Tratkurbeln and mit einem Kefien- htattfr ger, der mit einer Welle des Tretlagers verbunden Ist. Der Kettenblattträger Is drehfest mit einer Kettenblattwelle verbunden, die iederum drehtest mit der Well verbynden ist. Die Ketienblättwelle weist abschnittsweise eine Magnetisierung auf, £s ist ein Sensor vergesehen, der eine Änderung der Magnetisierung bei einem im Bereich der Magnetisierung verllegenden Drehmoment erfassi Die US 6 9 ,93 B2 lehrt: einen magneteelasfiscben Orehmomentsenser ur Messung/eines Drehmomentes, weiches auf ein Element mit einem farromagnetlsehen, magnetustrlktlven und magnetoeiastlsch aktiven Bereich wirkt Dieser Bereich ist in m esswancfle ausgebildet, der als zylind ische Hülse beispielsweise auf einer Welle ^■ sitzt,. Oer Drehmomentsensor ste t dem Messwandler gegenüber.

Aus der EP Ö 803 053 B1 Ist ein Drehmornehtsensor bekannt, der einen niagnetoeias- tischen Messwandler umfassi Der esswandler sitzt als zylindrische Hülse auf einer Weile,

Die US 8,893,562 B2 lehrt ei Verfahren zum Erkennen eines magnetischen Störfeldes bei einer Drehmomentmessung artfin f magnetoeiastlscheo lle, Es werden zwei Signale gemessen, wobei das zweite Signal d m magnetischen Slörfeid entspricht und vorn erste Signal subtrahiert wird.

Die US 8,001.849 B2 zeigt eine Anordnung zur magnetoelastisehen Drehmoment» messung, bei Reicher die Wirkung von äi Sereri Magnetfeldern kompensiert sein soll, Die Anordnung umfasst einen rnagneiisletten Bereich einer Welle sowie mindestens einen passiven und einen aktiven Magnetfeldsensor, Die passiven Magnetfeldsensoren können beiderseits des rnagnetislerten Bereiches angeordnet sein.

Die US 20 1 0102464 AI m\0. eine Anordnung zur ma§netoeiasiiseher Drghm©-. mentmessung, bei welcher die Wirkung von gleichförmigen ind yngleichförrnlgen Magnetfeldern kompensiert sein soll. Die Anordnung umfasst einen rnagnetislerten Bereich einer Welle sowie mindestens drei Magnetfaidsensoren, Der zweite und der dritte Magnetfeldsenso können neben dem rnagnetislerten Bereich angeordnet sein, Die US 8,087,304 B2 zeigt einen magnetoelastischen Prehmon entsensor um: Messen eines auf eine Well wirkenden Drehmomentes, Die Welle weist eine oder mehrere umfängliche Magnetisierungen auf Flg, 12 der US 8,087,804 62 zeigt eine Aosfuh- rungsform mit nur einer umfänglichen Magnetisierung, wobei zwei prim r Magnet» feidsensoren im Bereich der Magnetisierung und zwei sekundäre Magoetfeidsensoren neben dem Bereich der Magnetisierung angeordnet sind, Fig, 10 der US 8,087,304 82 zeigt eine Ausführungstorm mit zwei umfänglichen Magnetisierungen, die abweeh« wind polarisiert sind, wobei auch mehrere Magneiieldsensoren an einem axialen Übergang zwischen den beiden Magnetisierungen angeordnet sind, ig. 8 der US 8,08730 B2 zeigt sine Ausfö ru gsform mit drei umfänglichen , gnetisierungen, die abwechselnd polarisiert sind, wobei jeweils ein Magnetfeidsensor in einem der Bereiche der drei Magnetisierungen angeordnet Ist Durch die besondere Anordnung der Magnetfeldsensoren soll der ISinfluss von magnetischen Störteidern aufge- heben werden ,

Die Aufgabe der vorliegenden Erfndung besteht ausgehend vorn Stand de Technik darin, die Möglichkeiten -zur Reduktion des Einflusses vo magnetischen Stdr eldern auf eine auf dem Invers-magnetostriktlven Effekt beruhende Messung von Kräfte und/oder ome ten zu erweitern.

Di genannte Aufgabe wird ge ö t durch eine Anordnung gemiS dem beigefugten Anspruch i Die erfindungsgemiße Anordnung ctfentzum Messen eine Kraft und/oder eines Mo ^« menies an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement, Die Kraft bav, des Momen wirkt auf das Masehlnenelemeni wodurch es zu mech ische Spannungen kömmt und sich das Maseh nenelenient zumeist geringfügig -veffermt Die Achse bildet bevorzugt eine Rotationsachse des Masehinenelementes,

Das Maseblnenelenient Ist hohl, da es einen sich zumindest teilweise in der Achse erstreckenden HoHlf ui^ aufweist. Der Hohlraum Ist Insbesondere Im Bereich der Achse ausgebildet. Bevorzugt erstreckt sich der Hohlraum über die gesamte axiale L nge des Maschineoelarneufes, per Hohlraum ist bevorzugt an einem: axialen Ende offen, Er weist bevorzugt die Form eines Zylinders auf.

Da aschinenelsrnent weist mindestens einen sich In einem axialen Abschnitt des. Maschinenelementes umfänglich um die Achse herum erstreckenden Magnetisierungsbereich fbr eine Im Mascblnenetement ausgebildete Magnetisierung auf. Es handelt sieb somit um mindestens einen die Achse umlaufenden k4 gnetielerune,sfee-> reich, wobei die Achse selbst bevorzugt nicht eine Teil des Magnetisierungsbereiches bildet. Der eine Ma netlsierongs erelcb bzw. die mehreren Magnetlsierungsbe- miede weisen eine tangentiale Ausrichtung In Bezug auf eine sieh um die Achse her- xm erstreckende Oberfläche des yasehineneiementes auf. Der eine agnetisie- ry gs ereleh die m«hremn ag etisierun s erei he eisen bevorzugt .aus schließlich -eine tangentiale Äyshehtung \n Bezug auf eine sieh um die Achse herum erstrecke de Oberfläche des yasehlnenefernentes auf. Der eine Magnetisierungsbe- δ reich hm, clie mehrere Miagnetisieryngs erelelie erstrecken sich bevorzugt jeweils entlang eines geschlossenen Pfades um die Achs herum, wobei der agnetlsfa- runysberelers hm, die Magnetlslerungsberelcde kurze Lücken aufweisen dürfen. Der eine agnetisleryngsherelch bzw. die metireren Magnetisieryngsibeieiohe bilden jeweils einen Phrnirsensor zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes, insofern0 mehrere der fvlainetisierungsteereiehe ausgebildet sind, weisen diese bevorzugt eine gleiche räumliche Ausdehnung auf und sind axial beanstandet

Die Anordnung umfasst weiterhin mindestens eine ersten Magnetfeldsensor, einen zweiten agnetfeldsensor _! einen dritten Magneffeldsensor und einen vierten Magnef-.8: fefdsensor, weiche Jeweils einen Sekynäarsenso zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes bilden. Der Phmarsensor, d< h. der mindestens eine Magnetlsieryngsbe- reieh dient z Wandiung der zu messende Kraft » de zu: messenden dementes in ein entsprechendes Magnetfeld, wahrend die Sekyndärsensoren die Wandlung dieses Magnetfeldes in elektrische Signale ermoglicheh. Der erste Magnetfeldsensor, der0 zweite Magneffeidsenson der dritte M agneffeidsensor und de vierte Magnetfeldsen- sor sind jeweils zur einzelnen Messung einer axialen Richtungskomponente eines durch di Magnetisierung sowie durch, die Kraft nn /cder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet Das genannte Magnetfeld- tritt aufgrund des in- vers-magnetostrl divan Efre es auf ,. Sentit eruht die mit der edlndyngsgemaSen Ai Ordnung mögliche Messung auf dem Invers-niagnetostriktlven Effekt, Die genannte axiale Richtungskomponente weist eine Richtung parallel .zur Achse auf .

Der erste Magneifeldsenscn der zweite Magnetfeldsensor, der dritte agnetfeidsen- sor und der vierte Magnetfeldsensor befinden sich gemeinsam In dem axialen Ab--S schnitt des M gnetlslerongs ereiehes, insofern das Masohineneiemenf nur einen

Magnetisierungsherelch aufweist. Der erste Magnetfeidsenson der zweite Magnet- feldsenser _: der dritte Magnetfeldsensor und der vlede Magnetfeidsenser befinden sich jeweils in einem der axialen Abschnitte der mehremn Magnetlsler ngsberelche, inm~ ^' fam _. das MmsH mtemmi mehrere Magnetisierungsberelehe aufweist. Somit befinden sieh n den a i en Positionen des ersten agnetfeldsensQfs, des zweiten Mag- netfeldsensors, des dritten agnetfeldsensors und des vierten Ma afeidsensors grundsätzlich einer der Magr etisfefungsbe iche, wobei bevor ugt zwei der Magnet- 5 feldsensoren gemeinsam in dem axialen Abschnitt eines der M agnetislerungsbereiche: angeordnet sind.

ErflodyngsgemaS sind zumindest der erste agrsetfeidseinsor und der zweite Mag et- feidsensör irvdom Hohlraum: des asohlnenelementes angeordnet sodass sie einer 1-6-

für eine Messung der im Hohlraum des Maserilnenelementes auftretenden axialen lshtungskomponente des durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das oment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet sind,

15 Ein besonderer Vorteil de erfi dM gsgemii en Anordnung besteht darin, dass sie In unterschiedlichen Ausführungen eine sichere Reduktion des Einflusses von magneih sehen Sforfeldern auf die auf dem Invers-rnagnetostrikilven Effekt beruhende Messung von Kräften und/oder Momenten erlaubt m Der eine agnetlslerungsbereloh bz die ubre e gnefislemngsberelcbe können permanent öder femporir magnetlsiert sein. Bei bevorzugten Ausfuhrungsforn e der

mehreren agnefisleryngsberelohe p fm$f ers.f magneiisleri sodass die Magnetisierung durch eine Permanentmagnetisierung gebildet ist:. Bei alternativ bevorzugten s Äusfiihrungsforrnen der erfindungsgemiiSen Anordnung weist diese weiterhin mindestens einen Magnet zum agnetlsieren des mindestens einen Magnetisierungsbereiches auf, sodass die Magnetisierung des mindestens einen Magnetlslerungsbereiehes grundsätzlich tempori ist. Oer mindestens eine Magnet kann durch einen Permanentmagneten oder bevorzugt durch einen Elektromagneten gebildet sein.

Der eine permanent oder temporär magnetlslerte Magnetisieryngshereloh bzw. die mehreren permanent oder temporär magnetlslerien Magneilslerungsbereiebe sind In einem von einer Kraft bm, von einem Moment unbelasteten Zustand des Maschinen- elernentes nach außerhalb des jeweilige Magnetislerungsoereiehes bevorzugt magnetisch neutral sodass tein technisch mlevantas Magnatfeld ayßerhalb de jeweiligen agnetisieryngsbefelehes mescbar ist, β Der ein Magnetlslerungshereich bzw. die mehreren Magnetlslefungshereiche stellen jeweils einen Teil des Volumens des Maschinenelementes dar. Der ein ivlagnetisle- rungsbereloh bzw. die mehreren Magnetlsieruiigsbereidbe si nd bevorzugt jeweils ring » förmig aesgeblldet wobei die Achse des Masefelnenelementes auch eine mittlere Achse der jeweiligen RInglorm bildet. Besonders bevorzugt weist der: eine agnetisle ^» 10 ryngs ereieh bzw, weisen die mehreren M agnetlsieryngs ereicre Jeweils die Form, eines zur Aohse des aschinerelemeotes koaxialen Hehlzylinders auf.

Das Maschinenelement weist bevorzugt weiterhin magnetisch neutrale Serelche auf, die jeweils axial zwischen den mehreren Magnettsterungsbereicben und oder axial

15 nahen dem: mindestens einen Magnetlsleryngshereleh des yasehinenelernentes angeordnet sind. D e magnetisch neutralen Bereiche weisen weder eine Permanent- niagoetlsieryng auf, noch Ist die Anordnung dazu ausgebilde die magnetisch eutr en Bereiche !e*r>pQfIr magnetisieren. Seibstverstlndlich: können ungewollte magnetische Störfeider zy einer temporären Magnetisierung der magnetisch neutralen Be-

2D reiche führen. Die magnetisch neutralen Bereiche sind bevorzugt nicht magnetlsiert

Der erste Magnatfeldsensop der zweit Magnetfeldsansop der: dritte Magnetfeldsensor und der viert a^fietf^ifsens^r sind bevorzugt gemeinsam in einer die Achse umfassenden Ebene angeordnet, um den Elnfluss von magnetischen Storfeldern auf 25 die auf dem Invers-magnetostrlktlven Effekt beruhende M ssung von : rifteh und/oder Momenten sicher minimieren zu können.

Bei hevorzygten Ausfuhryngsformen der er indungsgemi en Anordnung sind der erste Magnerieldsenso und der zweite Magoetfeldsensor bezogen auf die Achse gegen ^» w Oberliegend angeordnet und weisen einen gleichen Abstand zur Achse auf. Somit schneide die Achse eine den ersten Magnetfeldsensor und den zweiten Magnetfeld- sensor er inde d Gerade in de Mitte zwischen dem ersten agnetfeld sensor und dem zweiten Magnetfeldsensor, Der Abstand des ersten yagneiiefdsensore von der Achse und der Abstand des Br ten Magnetfeld sensore von der _. Achse sind ev rzugt Jeweils §ering; Ins esondere kleiner als d e Hälfte eines äußeren Radius des Masehb nenelernentes. Der Abstand des ersten Ma effeldsensors von der Achse und der Aisstand des zweiten Magnetfeldeensors von der Achse könn n auch Null s .

Sei besonders vor ygten Ausfuhrungsformeh der erilndungsgernäien Anordnung sind der erste Magneffeldsensor und der zweite Magnetfeldsensor unmittelbar benachbart beidseitig an der Achse angeordnet, sodass der Abstand des ersten Magnet- feldsensors zur Acbse und der der Abstand des zweiten agnetWdsensers zur Achse 0 technisch minimal sind. Bevorzugt sind der erst Mag etfeldsensor und der zweit Magnetfelbsensor auf einer Vorder ^« und Röckeelte einer Platine angeordnet.

Se bevorzugten Ausführungsfornie der erfindungegemaSen Anordnung sind der dritte Magnetfeldsensor und der vierte Magnetfeldsensor b zogen auf die ^' Achse gegen- is öberliegend angeordnet und weisen einen gleichen Abstand zur Achse aut Semit schneidet die Achse eine den ddt ^n Magneffeldsensor und den vierten Magnetfeld- sensor verbindende Gerade in der itte zwischen dem drlien Magnetfeldsenser und deni vierten Magnetfeidsenson Der Abstand des dritten Magnefieldsensors von der Acbse und der Abstand des vier en Magneo ldeensors von der Achse sind bevorzugt

•2ß jeweils größer als der Abstand des ersten agnetfeldsensors von: der Acbse und der Abstand des zweien agnetfeldsensors von der Achse, Der Abstand des dritten Magneifeldsensors von der Achse und der Abstand des vleden Magneffeldsensors von der Aehse sind bevorzug! jeweils mehr als dopeelt so grols wie der Abstand de erste Magnetfeldsensors von der Achse und der Abstand des zweiten Magnetfeld-

2S sensors von der Achse, Paher andelt es sieb bei dem ersten agoeffeldsenso und bei dem zweiten Megnetfeldsensor bevorzugt um radial innenliegend angeordnete Magnei dsensoren, während es sieb bei dem dritten agnerfeidsensor und bei dem ierten Magnetfeldsenscr bevorzugt um radial auÄenilegeod angeordnete Magnetfeldsensoren handelt wobei das Attribut„auSenliegend" an! den Abstand zur Achse be-

30 zogen ist und keine Aussage öder die Anordnung der Megnetfeldsensoren innerhalb oder aySerhalb des Hohlraumes trifft In ledern der axiale Abschnitte der Magnetisierungeberelohe gleicht die Anzahl der radial Innenliegend angeordneten Magnetfeld- sensorer> bevorzugt der A saht der radial außenliegend angeordneten Magnetteld- serrsoren.

Der dritte agnetreldsensor und der vierte Magnetfeidsensor sind bevorzugt an einer inneren Öoerfiächa oder an einer äuferen Oberflache des Masch inenelemeoies angeordnet wobei zwiec ien dem dritten fv agnetfeldsensoi und der inneren: m au Heren Oberfläche des vtesohinenetemente ein Ly lspaltausgabiidet ist, und wobei zwischen dem vierten MagnetfeJdsensor und der inneren D W. äuleren Oberfläche des ssehinenefemenies ein Luftspalt ausgebildet ist. Die Innere Oberfläche des Masch!- neneternentes ist in dessen Hohlraum ausgebildet. Die aul ers Oberfläche des Ma~ sehinenelemenfes Ist an dessen äuSerer Form ausgebildet Der Luftspalt ist bevorzugt kleiner als 5 mm: besonders bevorzugt kielner als 1 mm. Die tuftspalte sind bevorzugt gleich grc£, Der dritte Magnetfeldsensor und der vierte Magnetieldsensor können sowohl im Hohl- räum des yaseblnenelementes als auch außerhalb des hohlen aschlnenelementes angeordnet sein.

Bei einer weiteren bevorzugten Äusföhrungsforr der erfindungsgemii en Anordnung weist das Maschinenelement zwei der sich umfänglich um die Achse herum erstreckende IV agnetlslerungs erelehe für eine Magnetisierung auf. Dabei sind der erste agnetieldsensor und der dritte Mag netfeidsensor an einer axialen Position des zweiten agnetlsleryngsberelohes angeordnet, während der zweite Magnetfeld sensor und der vierte Magneffetdsensor an einer axialen Position des ersten agneilsterungsbe- reiches angeordnet sind. Auen bei dieser Ausfühfungsforrn sind der erste Magnetfeldsensor, der zweite Magnetfeldsenson der dritte Magnetfeldsensor und der vierte Mag- netfeldsensor bevorzugt gemeinsam In einer die Achse umfassenden Ebene angeordnet Be i@s f Äysföhrungs orm . «Ä n der erste Magnetisierungsbereich und der zweite Magnetisieryngs ereloh be^orz.u t eine gleiche Polarität, d _r . h, einen glel- eben Unilaufslnn, Die Ebene urnfaest die Achse, da die Achse in de Ebene liegt.

Die vier Magneiieldsensore sind zur Bestimmung der zu messenden Kraft bzw. des u messenden Momentes bevorzugt derart: angeordnet und verschaltet:, dass eine Dil- feren aus dar Summe der mit dem ersten agnetfeldsensor und .mit dem zweiten Magnetfeldsensor messharen axialen Richtungsfcomponeoten und. dar Summa der mit dem dritten Magneff ldsensG-r und mit dem vierten Magnetfeld ensor n essbaren axialen Ric tungskortiponen!en bestimmbar ist. Bei den genannten axialen Rlehtungs-

·§ komp n nten handelt es sich orn die axialen Rieh ungsfcornponenten des durch di Magnetisierung sowi durch die Kraft und/oder durch das Mome t feewirkten ^gnet- fetdeS: denen ain magnetisches Störfeld überlagert sein kann. Öle genannte Summen- und Dit!erenzbilduug kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die einen Subtrahenden bildenden rVtagnetfeldsensoren entgegengesetzt u den einen Minuenden0 bildenden Magnetfeldaeosoren ausgerichtet sind. Die genannte Summen- und Dif - ren ildung k n aber auch dadurch realisiert sein, dass die Magnetfeidsensoren gleich ausgerichtet sind und aus deren Signalen eine Summe gebildet wird, wobei die einen Su trahenden bildenden Magneffeidsensoren umgekehrt gepolt sin , 5 Weitere bövorzug Aus! u hrungsfornien der erf indungsgemaßen Anordnung umfassen zwei öder mehr der oben beschriebene« Quadrupel an Msgnetfeldsensoren, öle Magnetfeldsensoren der

weiterer der Magnetisieruugsberelehe und unterscheiden sieh be o zu t lediglich I ihrer axialen Position: o : t eten bis vierten agnetfeldsensof.

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Sei einer dieser weiteren bevorzugten Äusfuhrungs orrnen umfasstdas Ivlascblnen- element z ei der sich umfänglich um die Achse e um erstreckenden agnetisle ^» rynga erelehe für eine Magnetisierung, Ferner umfasst die Änordnune einen fünften agneffeldsensor, einen sechsten Magnetfeldsensor, einen siebenten agnetfeld-§ sensor und einen achten agnefMdsensor, welche Jeweils zur einzelnen Messung einer axialen Richtengskompönente eines durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet sind. Der erste Vtagnetfeldsensor, der zweite Magneifetdsensor _s der dritte Vtagnetieldsensor und der viert Magnetfeldsensor sind ad einer axialen Position des ersten agnetlsierungsbe-d reiches angeordnet, Der fünfte agnefteldsensor, de sechste Magnetfeldsensor, der siebente Magnetfeldsensor und der acht Magnetfeldsensor sind an einer axialen Position des zweiten Magnetlsieruogsbefeiehes angeordnet. Der fünfte Magnetfeldsensor besitzt eine gleiche radiale Position und eine gleiche tangentiale Position wie der erste tagneffeldsensor. Der sechste: M gn^tfeldsensor besitzt mm- gle c e radial Position und eine gtefc e töngsrtiale Position wk» der zweite Magneffeldsenson Der siebente Magnetfeldsensor beer et eine gleiche radiale Position und eine glelcbe tangentiale Posi io wie der dritte Magnetfeidsensöc Der achte Magnetfeld sensor besitzt eine gleiche radiale Position ond eine gleiche tangentiale Position wie der vierte Magnetfeld sensor.

Bei dieser Ausführungsform sind die fvjagnetfeldsensoren bevorzugt derart angeordnet und versehaltet:, dass eine erste Differenz aus der Summe der mit dem ersten ivtagneffeldsensor und mit dem zweite ^aghetfektsansor messbaren axialen Riich- tungskomponenten und der Summe der mit dem dritten Magneffeldseoscr und mit dem vierten yagnetiekfsensor messbarsn axialen Riehtungskomponenfen bestimmbar ist. Entsprechend ist eine zweite Differenz acs der Summe der mit dem fünften agnetfeldsensor und mit: dem sechsten Magnerleidsensor mess aran axialen Richtungskomponenten und der Summe der mit dem siebenten Magnetfeldsensö und mi dem: achten: Magnetfeldseosor niessbaren axialen Rlcbtuogskomponeeten bestimmbar.

Insofern der erste yagnefsslerungsbarelch und der zweite agnetlsierungs erelcb eine gleiche o arität d, h. einen gleichen Umlaufsinn besitzen, ist bevorzugt ein Summe aus der ernten Differenz und der zweiten Differenz bestimmbar:, um die Eil messende Kraft zw, das zu messende Momen bestimmen.

Insofern der erste Magnetlsierungsbereicli und der zweite ivlagnellslerungsbereieb

vorzugt eine Differenz aus der ersten Differenz und der zweiten Differenz bestimmbar, um die zu messende Kraft bzw. das zu messende -Moment zu: bestimmen.

Entsprechend dem zweiten agnetlsierucgs erelch und dem zweiten Quadrupel an agnetfeldsenseren: kann die erfindungsgemälSe Anorr ricng weitere der ty!ayneflsie- run sberelebe und weitere der QuadrM e Viagnetfeldsenseren umfassen. So weist das aschlnenelernent bei weiteren evoizugten usfuhrungsfbrmen einen oder mehrere weitere der sich umfänglich um die Achse herum erstreckenden Viagcetlsie- rungs ereiche für eine Magnetisierung auf, an dere xiale Position jeweils weitere ie der Magneffeldsehsonsn angeordnet ind. Die tangentialen Positionen und die radialen Positionen dieser weiteren vier Magnetfeld sensoren gleichen bevo zugt denen des ersten bis vierten Magnetfeld sensore. Die weiteren vier agnetfeldsensoren sind bevorzugt wie der erste bis vierte fvlagnetfeldsensor verschaltetet und angeordnet, wodurch eine weitere Differenz bestimmbar Ist Die Polaritäten der weiteren agnel sleryngsberelche kennen beliebig ausgewählt sein.

Der elne agnetlsieryngsbereich m, die mehreren ^agnetlslerungsbereiche weisen bevorzugt jeweils ein hohe Magnefostnktivifät auf, insofern mehrere dar Ivlegnetlslaryngsberelche ausgebildet sind, so sind diese bevorzugt axial beabstsnfitef zueinander angeordnet wobei zwlsoben z ei benachbarte der agnatisierungsbereiohe jeweils einer der magnetisch neutralen Bereiche angeordnet Ist, Insofern mehr als z i der agneilsierungsberefche verbanden sind, weisen diese bevorzugt jeweils den gleichen Abstand zueinander auf;

Das yaschlneoelement weist bevorzugt die äußere Form eines Prismas oder eine Zylinders auf, wo ei da Prisma te , der Zylinder koaxial zu der Achse angeordnet ist. Das Prisma bzw, der Zylinder ist bevorzugt gerade. Besonders bevorzugt weist das aseninenetement die äuß e Form eines geraden ^iszyjinders auf, wobei der reis llnder koaxial zu der Achse angeordnet Ist, Bei besonderen Äusföhryngsfor- mers ist das Prisma bzw. de Zylinder konisch ausgebildet. Insofern sieb der Hohlra ^y m öder die gesamte axiale Länge des Maschlnenelementes erstreckt, besitzt es bevorzugt die Form eines Hohlzylinders.

Das Masohlnenelement Ist bevorzugt durch eine partiell bohle Weile, dyroh eine Hohlwelle, dyroh eine zumindest partiell hohle Schaltgabe! oder durch einen Hohl ^» flansch gebildet. Die partiell hohle Welle, die Hohlwelle, die partiell hohle Schaltgabel bzw. der Hohlflanseh können für Belastungen durch unterschiedliche Kräfte und Momente: ausgelegt sein und beispielsweise eine Komponente eines Sensorlrellagers, eines Wankstabilisators oder eines Düngerstreuers sein. Grundsätzlich feann das Ma- sohinenelement auch dyroh völlig andersartige aschlnenele: entt ?pen gebildet sein. Die mindestens .-vier Ivlagoetfeldcensoren s nd bevorzugt jeweife durcN ©inen HalhleF ters®«$öf ge etet. Di mindestens vier Magnetfeidsensoren sind alternati bevorzugt durch Hat-Sensoren, Sputen, F drsiersonden ode Fluxgate- agn^ om ar: g ildet. Grundsätzlich können auch a dere Sensertypen verwendet we den, insofern sie zur Mess ng einer axialen Richtungskornponente des duföli den invers-magnetostri llven Ef ekt ervorgerufenen magnetischen P® m geeignet sind.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiferbildungen der Erfindung ergeben sieh aus der nachfolgenden Beschreibung bevo zugter Äusfö rungsformen der Erfindung, unter Bezugn hme auf die Zeichnung:. Es zeigen:

Flg, 1 eine erste bevorzugte Ausfuhrungsfor einer edindungsgerxräßen

Anordnung mit vier agnetfeidsensorerr;

F ig, 2. ©in zweite bevorzugte Ausführungsform der erfinäyngsgemä&en

Änordnuog mit vier lyiagnetfelclsensoren;

Fig. 3 eine dritte bevorzugte Ausföhrungsförrn der eirfindungsgen iEen

Anordnung mit vier Magnetfeldsensoren und wei

Mag netlslery ngsbereichen ;

Flg, 4 eine vierte bevorzugte Auefuhrungsförrn der erflndungsgemäEen

Anordnung mit acht Ma netfeidsensoren und zwei

agnetisleryngsfcereichen; und

Flg, 5 eine fOnfte hevorzygie Ausföhrungs jrm der erfindongegemiEen

Anordnung mit acht Magnetfeldsanseren ond z ei

Ivlagrieflsierungs ereio en,

Flg. 1 bis Fig, 5 zeigen eine edindyngsgemaße Anordnung In jeweils zwei Ansichten, Die linken Teile der Figuren umfassen Jeweils eine Öuerschnittsaneieht während die re hien Teile der F guren jeweils eine Aufsicht der fe el Ilgen Ausfuhrungsforrn der er- flndyngsgernällen Anordnung umfassen, ig. 1 eigt eine erste bevorzugte Ausführuegsform der erllridongsgami en Anordnung, Die Anordnung umfasst zunächst ein Masehlnenelefnent i Form e es Hohl- flansches öl welcher an einem Grundkörper 02 befestigt ist Auf den Ho flanseh 01 wirkt eine Kraft oder ein Drehmoment, Insbesondere ein Dre m men Der Hohl- flansoh 01 weist die Form eines hohlen Kreiazylinders ml Oer Hohlflansch 01 erstreckt sich in einer Achse 03, weich auch die mittlere Achse der Hohlzylinderierrn des Hohlflansches 01 bildet Im Inneren des Hohfensehes 01 ist ei zylinderförmiger Hohlraum 04 ausgebildet, Der Hohiflanseh 01 besteht aus einem mag netoelastlschen Material, welches den magnetostrlkt ven Effekt aufweist.

In einem axialen Abschnitt des Hohlffansches 01 ist ein erster ermanentmaghetisie- ryngsoereich 06 ausgebildet, welcher sich umlaufend um die Achse 03 herum er- streckt, d, h. es handelt sich um eine zirkuläre Permanentmagn tlslerung,

Diese Aus Ohrungsform der erilndungsgemäSen Anordnung umfasst weiterhin einen ersten M gnetieldsenser 11, einen zweiten: Magnetfeidsensor 12, einen dritten Mag- netfeldsensor 13 und einen vierten Magnetfeldsenso . Die agnetfeldseosoren 11 , 12, 13, 4 sind jeweils zur einzelnen Messung n r axialen Richtungskcmponente eines durch die Magnetisierung des Permanentmagnetisierungsbereiche 08 sowie durch die Kraft und/oder durch das Drehmoment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Die Magnelteldsensoren 11 12 _: 13, 14 sind in einer Ebene /angeordnet, welche auch die Achse 0:3 umfasst. Die Magnetfeldsensoren 1 1 12, 13, 14 besitzen eine gleiche axiale Position, die innerhalb des|enlgen axialen Abschnittes des Bohiflansohes 01 liegt, in welchem der Permianenfmagnefisierungsbereloh 08 aasgebildet ist. Die Mag- netfaldseusoren 11 , 12, 13, 14 befinden sich im Hohlraum 04.

Der erste Magnetfaldsensor 1.1 und der zweite Magnetfeld sensor 12 sind an der Achse 03 angeordnet und befinden sich unmittelbar ober- und unterhalb der Achse 03. Der erste egneffeidsensor 1 und der zweite Magnetfeldsenso 12 sind Insbesondere auf einer Oberselte und einer Unterseite einer Platine (nicht gezeigt) angeordnet. Der erste Magnetleidsenso 11 und der zweite MagnerJeldsensor 1 weisen einen technisch minimalen Abstand zur Ac s© 03 auf, der ei dieser* beide« Magnetfeldsen» sore 1 12 gleich js

Der drifte iVIagneifeidsenser 13 und der vled Magnetfeldsensor 14 sind an der lnne~ mn Oberfliche des Höbtffaesehes: 01 abgeordnet. De dritte Vlegnetfeldsensor 13 und der vierte agnetfeldsensor 14 weisen eine gleichen Abstand zur Achse 03 auf.; Oer erste agnetfe dsensor 1 1 und der zweite Magnetfeldsensor 12 sind jeweils entgegengesetzt mm dntten agneffeldsensc 13 und zum vierten agneiietdsensor 14 gepeit.

Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Aus ö m gsfofm- der finef un geiiiÄn Anordnung, Diese zweite Adsfödrirngsfori ) ynteracheide sieh von de in Flg.. 1 gezeigten Äusfu rurigsforni: lediglieh darin, dass der erste agnetfe dsensor 11 und der zweit yagnetleldsensor 12 nicht unmittelbar an der Achse 03 angeordnet sind, sondern et- nen geringen A efancl zur Achse 03 aufweisen .

Flg. 3 zeigt eine dritte bevorzugte Äusföhrengsforrn der erfindungsgeniäSen Anordnung, Diese dritte Austührungsforrn ynierseheidet sieh v n der i Fig, 1 gezeigten Äueföhrungeform lediglich ^" m der Anzahl der Pe:m anentmag:netieior ^y ngabereiohe und in der axialen Anordnung der Magnettelds sgren. Bei denn Flg. 3 g zeigte Äusiöb- ryngsfdrm weist der Hohlflansch 01 neben dem erste iPermanentrnagnetisierungsbe- relef 06 einen zweiten Rermanentmagnetlslerungs emlori: 07 auf, der sich in einem weiteren axialen heehnitf des Hohlfiansobes 01 befindet und Ä! beabstandei vorn ersten Perrnsnentmagnetlslerynge efelch 06 angeordnet Ist, Im Öbrlgen gleichen sieb der erste Fernianenfn agnetisierungsbereiob ÖS und der zweite Permanentniagnetlsie- rungshereich 07, insbesondere weisen die beiden Ferrnanentn agneti&ierungsberel- ch Οβ ΟΤ ^' eine gleiche Polarität aci in? Gegensatz zu der In F g, 1 gezeigten Austur - rongsform weisen der erste agne fefdsensor 1 und der dritte Magnetfeldsensor i S eine abweichende axiale Position auf, d -der erste Magnetfeldsensor 11 und der dritte Magnetfeldsensor 13 an einer axialen Position des zweiten Permanentn agnetisle- rungsberelehes 07 angeordnet sind. Fig. 4 ze gt sine vierte bevorzugte AusfyhrengsiornT der edlndengsgeml en Anordnung, Diese vierte Aosführungsforrri unterscheidet sieh von der in Fig. 1 gezeigten Aesführungsförm lediglich: in der Anzahl der Pern anentnmgnelisieruegsberelc e und in der Anzahl der agnetfeidsensoren. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausföhrunpforni 5 weist der Hohlfiansch 01 neben d m: graten 1 ^: m aoentniagnet!sierungebereieh 06: einen zweiten f^rm^nfe^t na rt^tisier.y g$fe@rei 07 auf, der sic ln einem weiteren axialen A schnit des HoMfiansehee öl befindet und axial eeaestandei vorn ersten Per nanentmagnetisierungsbereieh 06 angeordnet ist.. !rn übrigen gleichen sieh der erste Parnianeotrnagnetieierungsherelch ÖS und der zweite Pemianenimagnetrsie- in rengsbereioh 07, jedoch weisen die beiden Permanenfmagnetislerungsberelcbe 06, 07 unterschiedliche Polaritäten auf.

Die in Fig. 4 gezeigte Aueführyngsform weist weiterhin einen fünften Magnetfeld Sensor 15, einen sechsten lyfagnetfeldsenser 18, einen siebenten agnatfeldsenso 17 t und einen achten Magneffeidsensor 18 auf, die hinsichtlich Ihrer Ausführung sowie ihrer radialen and tangentialen Position dem ersten Magnetfeldsenser 11, dem zweiten Magnelfeldsensor dem dritten Magnetfeldsenser 13 und dem vierten Magnetfeldsenser 14 gleichen. Jedoch besitze der fünfte agnetfeldsensor 15, der sechste Magnetfeldsensor 16, der siebente Magneffeidsensor 17 und der achte agneffeid- zö senser 18 eine axiale Positio des zweiten Fernienentrnagneflslerengsbereiches 07.

Da die beiden Pernianentmagnetlsiert ngshe:relc e ,.07 unterschiedliche Polaritäten aufweisen, sind der fünfte agnetfeidsensor 15 und der sechste Mag nette Idsensor 16; Je ells entgegengesefzt am ersten Magnetfeld sensor 11 und zum zweiten Magnet- as feldsensor 12 gepolf . Ebenso sind der siebente Magnetfeldsensor 17 und der achte Magnetfeldsenser 18 jeweils entgegengesetzt zum dritten Magnetfeldsenser 13 und zum vierten Magneffeidsensor 14 gepell

Flg. S zeigt eine fünfte bevorzugte Aysfyhryngsforrn der erflndungsgemaBen Änord- .30 nung. Diese fünfte AusfüHrungsform unterscheidet sich von der In Flg . 4 gezeigten

Äusföhrungsferrn lediglich in der Polarität de Perrnanentmagnetialerungsbereiche und in der Pcleng der Magnetfeldsensoren. Bei der In Flg.. 5 gezeigten Äusfuh ungsforrn weisen der erste Permanentniagnetislerungsfeereich 06 und der z eite Permanent- magne&ierungs efeieh 07 eine gleiche Fokrität ayf. Aus diesem Grund sind der fünfte MagneifekJesns 15 und der ^' sechste agnetfeiiisensor 11 wie der erste Magnet- feldseneo 11 und der w ite agnetfeldsen^or 12 gepolt. Ebenso sind der siebente Magnetfeidsensor 17 und der achte Magnetfeld sensor 18 wie der dritte Magnetfelds senso 13 und dar vierte Wagnetfeldsensor 14 gepolt:

Hohiffarise

CSrundkörper

Ac se

Hohlraum

»

erster Perma^enfmagnetisferyngsberelc

~

- erster agnetfecfaensor

zweiter Magnetfeldsen c-r

dritter agnetfeidsensor

vierter Magnetfeldsensor

fünfter agnetffckisensor

seehser Magoetfeklsensc

siebenter Mainefellsensor

achter agnetfeldsensor