DE102017210061A1 - Device for determining a torque - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehmoments an einem Rotationsbauteil (100) welches wenigstens einen ersten Signalgeber (103) gekoppelt an einen ersten Rotationsstab (100.1) sowie wenigstens einen zweiten Signalgeber (104) gekoppelt an einen zweiten Rotationsstab (100.2) umfasst. Der erste und zweite Rotationsstab (100.1, 100.2) sind jeweils durch ein Torsionselement (101) zueinander drehbar gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens ein Sensorelement (105). Der erste und der zweite Signalgeber (103, 104) umfassen jeweils wenigstens einen elektrisch leitenden ersten Bereich (103.1, 104.1) sowie wenigstens einen elektrisch nicht- oder weniger leitenden zweiten Bereich (103.2, 104.2). Der erste und zweite Signalgeber (103, 104) sind dabei derart am Sensorelement (105) angeordnet, dass eine relative Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers (103, 104) zueinander abhängig von einem Überdeckungsmaß der elektrisch leitenden ersten Bereiche (103.1, 104.1) bestimmbar ist.

Device for determining a torque on a rotary component (100) which comprises at least one first signal generator (103) coupled to a first rotary rod (100.1) and at least one second signal generator (104) coupled to a second rotary rod (100.2). The first and second rotary rods (100.1, 100.2) are each rotatably coupled to each other by a torsion element (101). The device further comprises at least one sensor element (105). The first and second signal transmitters (103, 104) each comprise at least one electrically conductive first region (103.1, 104.1) and at least one electrically non-conductive or less conductive second region (103.2, 104.2). In this case, the first and second signal transmitters (103, 104) are arranged on the sensor element (105) such that a relative rotation of the first and second signal transmitters (103, 104) can be determined as a function of a degree of overlap of the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) is.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 208 642 A1 offenbart eine Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug mit einem ersten Messwertgeber, welcher umfangseitig mit einem vorgegebenen ersten Übersetzungsverhältnis mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt ist, und einem zweiten Messwertgeber, welcher umfangseitig mit einem vorgegebenen zweiten Übersetzungsverhältnis mit dem rotierenden Bauteil gekoppelt ist, wobei die Messwertgeber jeweils in Verbindung mit mindestens einem Messwertaufnehmer mindestens eine Information zur Ermittlung des aktuellen Drehwinkels des rotierenden Bauteils erzeugen und wobei die beiden Messwertgeber auf einer gemeinsame Drehachse montiert sind.The publication DE 10 2014 208 642 A1 discloses a sensor arrangement for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle with a first transmitter, which is circumferentially coupled to the rotating component with a predetermined first gear ratio, and a second transmitter, which peripherally coupled to the rotating component with a predetermined second gear ratio is, wherein the transmitter generate in each case in connection with at least one transducer at least one piece of information for determining the current angle of rotation of the rotating component and wherein the two transducers are mounted on a common axis of rotation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehmoments an einem Rotationsbauteil umfasst einen ersten Signalgeber, der an einen ersten Rotationsstab gekoppelt ist sowie einen zweiten Signalgeber der an einen zweiten Rotationsstab gekoppelt ist. Der erste und zweite Rotationsstab sind durch ein Torsionselement zueinander drehbar gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens ein Sensorelement. Der erste und zweite Signalgeber weisen jeweils wenigstens einen elektrisch leitenden Bereich sowie wenigstens einen nicht-leitenden oder weniger elektrisch leitenden Bereich auf. Unter einem weniger elektrisch leitendenden Bereich ist zu verstehen, dass der weniger elektrisch leitende zweite Bereich eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als der elektrisch leitende erste Bereich. Ferner sind der erste und zweite Signalgeber derart am Sensorelement angeordnet, dass eine relative Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers zueinander abhängig von einem Überdeckungsmaß der leitenden ersten Bereiche bestimmbar ist.
Unter einer derartigen Vorrichtung kann ein Drehmomentsensor verstanden werden. Die Rotationsstäbe und das Torsionselement können Teil einer Lenkstange oder Lenksäule sein. Bei Lenksäulen kann es vorteilhaft sein, die vom Fahrer aufgebrachte Kraft bei der Betätigung der Lenkung - meist eine Drehbewegung - zu bestimmen, und somit eine Größe oder eine Stärke des Lenkeingriffs durch einen Fahrer zu ermitteln. Ein Signalgeber kann eine Scheibe sein, die Bereiche unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweist. Derartige Signalgeber können jeweils an Rotationsstäbe gekoppelt sein, direkt oder auch indirekt. Eine Kopplung der Signalgeber an die Rotationsstäbe kann auch dadurch hervorgebracht werden, dass die Signalgeber am Torsionselement fixiert sind, welches durch die verbundenen Rotationsstäbe verdreht wird. Dabei rotiert auch der jeweils am Torsionselement vorgesehene Signalgeber mit. Die Vorrichtung hat zum Vorteil, dass durch Ermitteln des Überdeckungsmaßes direkt eine Relativauslenkung zwischen den Signalgebern beim Verdrehen zueinander ermittelt werden kann anstatt erst einzelne Winkel zu bestimmen, und nachgelagert diese rechnerisch miteinander zu verknüpfen. Durch die direkte Bestimmung der relativen Verdrehung zwischen den Signalgebern über das Überdeckungsmaß lässt sich somit direkt ein Drehmoment festlegen. Bei bekanntem Verdrehwinkel ist dieser ein Maß für das anliegende Drehmoment, wenn man zu Grunde legt, dass eine Verdrehwinkel-Drehmoment-Charakteristik des Torsionselements bekannt ist. Ferner ist von Vorteil, dass die Vorrichtung wenig Bauraum einnimmt, und nur einen einzelnen Sensor zur Ermittlung eines Werts benötigt, und nicht zwei Sensoren, wie bei Bildung eines Differenzwinkels aus zwei einzelnen direkt gemessenen Winkeln.The inventive device for determining a torque on a rotary component comprises a first signal transmitter which is coupled to a first rotary rod and a second signal transmitter which is coupled to a second rotary rod. The first and second rotating rods are rotatably coupled to each other by a torsion element. The device further comprises at least one sensor element. The first and second signal transmitters each have at least one electrically conductive region and at least one non-conductive or less electrically conductive region. A less electrically conductive region is to be understood as meaning that the less electrically conductive second region has a lower electrical conductivity than the electrically conductive first region. Furthermore, the first and second signal transmitters are arranged on the sensor element such that a relative rotation of the first and second signal transmitters can be determined as a function of a degree of overlap of the conductive first regions.
Such a device may be understood to mean a torque sensor. The rotary rods and the torsion element may be part of a handlebar or steering column. In steering columns, it may be advantageous to determine the force applied by the driver when operating the steering - usually a rotary motion - and thus to determine a size or strength of the steering intervention by a driver. A signal generator may be a disk having regions of different electrical conductivity. Such signal generators can each be coupled to rotary rods, directly or indirectly. A coupling of the signal transmitter to the rotary rods can also be brought about by the fact that the signal transmitters are fixed to the torsion element, which is rotated by the connected rotary rods. At the same time, the signal transmitter provided on the torsion element also rotates. The device has the advantage that, by determining the degree of overlap, a relative displacement between the signal transmitters when rotating relative to one another can be determined instead of first determining individual angles, and subsequently linking them to one another by computation. By directly determining the relative rotation between the signal generators on the Überdeckungsmaß can thus be set directly a torque. If the angle of rotation is known, this is a measure of the applied torque if it is assumed that a torsion-angle torque characteristic of the torsion element is known. Further, it is advantageous that the device occupies little space, and only a single sensor for the determination of a value needed, and not two sensors, as in forming a differential angle of two individual directly measured angles.

In vorteilhafter Ausgestaltung wird die Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers zueinander, durch Verdrehen des ersten Rotationsstabs sowie des zweiten Rotationsstabs zueinander bewirkt. Bei einer Lenkung können beispielsweise Kräfte, auf Rotationsstäbe einwirken. So kann bei einer Lenkung eine Kraft auf einen ersten Rotationsstab von einer Achse her kommend einerseits einwirken, sowie andererseits auf einen zweiten Rotationsstab von einem Lenkrad her kommend. Diese einwirkenden Kräfte führen zu einer Verdrehung der Rotationsstäbe zueinander. Dies bewirkt wiederum besagte Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers. Vorteilhaft ist, dass extern auf das Rotationsbauteil einwirkende Kräfte an einer bestimmten Stelle des Rotationsbauteils, beispielsweise im Umfeld des Torsionselements messbar sind. Über Auslegung der Rotationsstäbe lässt sich das Rotationsbauteil auch dementsprechend an die erforderliche Anbausituation, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug anpassen.In an advantageous embodiment, the rotation of the first and second signal transmitter to each other, by rotating the first rotating rod and the second rotating rod to each other causes. In a steering, for example, forces can act on rotary rods. Thus, in a steering, a force acting on a first rotary rod coming from an axis on the one hand, on the one hand, and on the other hand coming on a second rotary rod from a steering wheel forth. These acting forces lead to a rotation of the rotary rods to each other. This in turn causes said rotation of the first and second signal transmitter. It is advantageous that forces acting externally on the rotary component can be measured at a specific point of the rotary component, for example in the vicinity of the torsion element. By designing the rotary rods, the rotary component can also be adapted accordingly to the required mounting situation, for example in a motor vehicle.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist der erste Signalgeber derart an den ersten Rotationsstab, sowie der zweite Signalgeber derart an den zweiten Rotationsstab gekoppelt, dass der jeweils gekoppelte Signalgeber bei einer Drehbewegung des ersten und/oder zweiten Rotationsstabs mitbewegt wird.In an advantageous embodiment, the first signal transmitter is coupled to the first rotary rod, and the second signal transmitter is coupled to the second rotary rod such that the respectively coupled signal transmitter is moved during a rotational movement of the first and / or second rotary rod.

In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das Sensorelement wenigstens eine Spule. Mittels der Spule kann ein elektromagnetisches Messprinzip verwendet werden. Dies hat zum Vorteil, dass das Messprinzip berührungslos arbeitet, was Verschleiß von Bauteilen reduzieren kann, die sonst durch Kontakt bei Bewegung Reibung und somit Abrieb ausgesetzt sind. Weiterhin ist die Aufbau- und Verbindungstechnik im Gegensatz zu Sensoren, die als sensitives Element z.B. Dehnmessstreifen nutzen, welche direkt auf das Torsionselement aufgebracht werden, einfacher und robuster.In an advantageous embodiment, the sensor element comprises at least one coil. By means of the coil, an electromagnetic measuring principle can be used. This has the advantage that the measuring principle works without contact, which can reduce wear of components that are otherwise exposed by contact during movement friction and thus abrasion. Furthermore, the construction and connection technology in contrast to sensors that use as a sensitive element eg strain gauges, which be applied directly to the torsion element, simpler and more robust.

Das Sensorelement umfasst in vorteilhafter Ausgestaltung eine Erregerspule sowie eine Empfangsspule. Eine Erregerspule kann dazu dienen ein Magnetfeld zu erzeugen. Ein derartiges Magnetfeld beeinflusst die elektrisch leitenden Bereiche des Signalgebers, insbesondere die elektrisch leitenden ersten Bereiche des ersten und zweiten Signalgebers. Mittels der Empfangsspule kann ein Magnetfeld in Form einer induzierten Spannung detektiert werden.
Durch das Vorsehen einer Empfangsspule und einer Erregerspule ist es einfach möglich die Signalanregung und die Detektion zu entkoppeln und an die erforderlichen Gegebenheiten anzupassen.The sensor element comprises in an advantageous embodiment, an exciter coil and a receiver coil. An excitation coil can serve to generate a magnetic field. Such a magnetic field influences the electrically conductive regions of the signal generator, in particular the electrically conductive first regions of the first and second signal generator. By means of the receiving coil, a magnetic field in the form of an induced voltage can be detected.
By providing a receiving coil and an excitation coil, it is easily possible to decouple the signal excitation and the detection and adapt it to the required conditions.

In Ausgestaltung der Vorrichtung weisen die leitenden Bereiche des ersten und zweiten Signalgebers Flächen auf, die dem Sensorelement zugewandt sind. Die Flächen der jeweils leitenden ersten Bereiche des ersten und zweiten Signalgebers weisen im Wesentlichen gleiche Ausmaße auf. Die Signalgeber sind so vorgesehen, dass der erste und zweite Signalgeber passgleich zueinander angeordnet werden können. Ferner ist es von Vorteil, wenn erster und zweiter Signalgeber komplementär zueinander vorgesehen sind. Ein komplementäres Vorsehen ist dabei insbesondere in Bezug auf die elektrisch leitenden ersten Bereiche und die korrespondierenden nicht elektrisch leitenden oder weniger elektrisch leitenden zweiten Bereiche zu verstehen. Dies hat zum Vorteil, dass beispielsweise bei einer ersten Verdrehposition des ersten und zweiten Signalgebers zueinander eine geschlossene Fläche an elektrisch leitfähigen Material aus Blickrichtung der gemeinsamen Drehachse des ersten und zweiten Signalgebers erzeugbar ist. Bei einer weiteren Verdrehposition kann erreicht werden, dass sich die jeweiligen elektrisch leitfähigen ersten Bereiche überdecken sowie die elektrisch nicht - oder weniger leitfähigen zweiten Bereiche des ersten und zweiten Geberelements ebenfalls überdecken. Somit ändert sich zwischen den zwei hier beispielhaft beschriebenen Verdrehpositionen ein Überdeckungsmaß der ersten Bereiche und somit auch des Sensorelements. Eine Veränderung eines Überdeckungsmaßes des Sensorelements erfolgt dabei von einer größeren Überdeckung mit elektrisch leitfähigen Material der ersten Bereiche des ersten und zweiten Signalgebers hin zu einer geringeren Überdeckung mit elektrisch leitfähigem Material der ersten Bereiche des ersten und zweiten Signalgebers.In an embodiment of the device, the conductive regions of the first and second signal transmitter have surfaces which face the sensor element. The surfaces of the respective first conductive regions of the first and second signal generator have substantially the same dimensions. The signal transmitters are provided in such a way that the first and second signal transmitters can be arranged in register with each other. Furthermore, it is advantageous if first and second signal generators are provided complementary to one another. A complementary provision is to be understood in particular with regard to the electrically conductive first regions and the corresponding non-electrically conductive or less electrically conductive second regions. This has the advantage that, for example, in a first rotational position of the first and second signal transmitter to each other a closed surface of electrically conductive material from the direction of view of the common axis of rotation of the first and second signal generator can be generated. In a further twisting position, it can be achieved that the respective electrically conductive first regions overlap and the electrically non-conductive or less conductive second regions of the first and second conductive elements likewise overlap. Thus, between the two twisting positions described here by way of example, a degree of overlap of the first regions and thus also of the sensor element changes. A change of a coverage of the sensor element is carried out by a larger coverage with electrically conductive material of the first regions of the first and second signal generator towards a lower coverage with electrically conductive material of the first regions of the first and second signal generator.

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung lässt sich das Überdeckungsmaß der elektrisch leitenden ersten Bereiche oberhalb des Sensorelements anhand einer induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und Empfangsspule ermitteln.In a further embodiment of the device, the degree of overlap of the electrically conductive first regions above the sensor element can be determined on the basis of an inductive coupling between the exciter coil and the receiver coil.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Erregerspule und die Empfängerspule des Sensorelements jeweils einläufig entlang des Umfangs des Rotationsbauteils angeordnet. Unter einläufig ist zu verstehen, dass die Erregerspule und die Empfängerspule in einem Orientierungssinn entlang des Umfangs des Rotationsbauteils verlaufen, so zum Beispiel nur im Uhrzeigersinn, oder nur entgegen des Uhrzeigersinns.In an advantageous embodiment of the device, the exciter coil and the receiver coil of the sensor element are arranged in each case in a single direction along the circumference of the rotary component. By implication is to be understood that the exciter coil and the receiver coil extend in an orientation sense along the circumference of the rotary member, such as only clockwise, or counterclockwise only.

In alternativer Ausgestaltung ist lediglich die Erregerspule des Sensorelements einläufig ausgelegt und die Empfängerspule des Sensorelements dagegen mehrläufig entlang des Umfangs des Rotationsbauteils ausgelegt. Im Vergleich zur Erregerspule, die einläufig ist, weist die Empfängerspule einen ersten Teil auf, welcher in einem ersten Orientierungssinn entlang des Umfangs verläuft, sowie einen weiteren Teil welcher in einem weiteren - entgegen gerichteten - Orientierungssinn entlang des Umfangs verläuft. So kann ein erster Teil der Empfangsspule zuerst in einer ersten Orientierung entlang des Umfangs verlaufen, dann eine Richtungsänderung vornehmen und dann in entgegengesetzter Orientierung zurück verlaufen. Die Richtungsänderung kann insbesondere radial in Bezug auf die Rotationsachse verlaufen.In an alternative embodiment, only the excitation coil of the sensor element is designed in one direction and the receiver coil of the sensor element, in contrast, designed more and more along the circumference of the rotary component. Compared to the exciter coil, which is in-line, the receiver coil has a first part which extends in a first direction of orientation along the circumference, and a further part which extends in a further - opposite - direction of orientation along the circumference. Thus, a first part of the receiving coil can first run in a first orientation along the circumference, then make a change in direction and then run back in opposite orientation. The change in direction may in particular be radial with respect to the axis of rotation.

Ebenso ist vorteilhaft, wenn sowohl die Erregerspule als auch die Empfängerspule des Sensorelements mehrläufig entlang des Umfangs des Rotationsbauteils verlaufen. Dabei kann der mehrläufige Verlauf zumindest der Empfängerspule und gegebenenfalls zusätzlich auch der Erregerspule durch einen Öffnungswinkel begrenzt sein. Diese Ausgestaltung hat zum Vorteil, dass die Sensorvorrichtung kleiner und platzsparender auszulegen ist, als wenn Erregerspule und Empfängerspule das Rotation Bauteil fast vollständig umlaufen.
Ferner kann auf diese Art und Weise eine einfache Montage der Vorrichtung am Rotationsportal erfolgen. Ein Winkel kleiner 360°, insbesondere ein Öffnungswinkel kleiner als 180° ermöglicht es, das Sensorelement seitlich an das Rotationsbauteil heranzuführen und dort zu verbauen.It is likewise advantageous if both the exciter coil and the receiver coil of the sensor element run more frequently along the circumference of the rotary component. In this case, the multi-lane course of at least the receiver coil and optionally also the excitation coil can be limited by an opening angle. This refinement has the advantage that the sensor device is designed to be smaller and more space-saving than when the exciter coil and the receiver coil almost completely revolve around the rotation component.
Furthermore, a simple assembly of the device can be done on the rotation portal in this way. An angle smaller than 360 °, in particular an opening angle smaller than 180 °, makes it possible to introduce the sensor element laterally against the rotary component and to obstruct it there.

In vorteilhafter Ausgestaltung beeinflusst das Überdeckungsmaß der elektrisch leitenden ersten Bereiche des ersten und zweiten Signalgebers zueinander ein Überdeckungsmaß des Sensorelements mit den elektrisch leitenden ersten Bereichen des ersten und zweiten Signalgebers beeinflusst, insbesondere entspricht es diesem. Auf diese Art und Weise kann eine Verdrehung der Signalgeber zueinander, die die Überdeckung der leitenden ersten Bereiche zueinander verändert auch mittels des Sensorelements ermittelt werden.

• 1 offenbart eine Vorrichtung zur Messung einer Verdrehung zweier Bauteile zueinander.
• 2 zeigt einen ersten sowie einen zweiten Signalgeber.
• 3 zeigt unterschiedliche Anordnungen des ersten und zweiten Signalgebers zueinander.

In an advantageous embodiment, the degree of overlap of the electrically conductive first regions of the first and second signal transmitters influences an extent of overlap of the sensor element with the electrically conductive first regions of the first and second signal transmitter, in particular it corresponds to this. In this way, a rotation of the signal transmitter to each other, which changes the overlap of the conductive first regions to each other also be determined by means of the sensor element.

• 1 discloses a device for measuring a rotation of two components to each other.
• 2 shows a first and a second signal generator.
• 3 shows different arrangements of the first and second signal transmitter to each other.

Die 4 bis 6 zeigen unterschiedliche Ausführungen zur Messwertermittlung. The 4 to 6 show different versions for measured value determination.

7 und 8 zeigt einen möglichen Signalverlauf bei einer relativen Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers zueinander. 7 and 8th shows a possible waveform with a relative rotation of the first and second signal transmitter to each other.

9 zeigt eine weitere Anordnung zur Messwertermittlung. 9 shows a further arrangement for measuring value determination.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben.Embodiments of the invention will be described below with reference to the figures.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung einer relativen Verdrehung zweier drehbarer Bauteile. Die Vorrichtung wird am Beispiel einer Lenksäule oder Lenkstange beschrieben, ist jedoch nicht auf Lenkungen beschränkt. 1 shows a device for determining a relative rotation of two rotatable components. The device is described using the example of a steering column or handlebar, but is not limited to steering.

Ein erster Teil 100.1 einer Lenkstange und ein zweiter Teil 100.2 einer Lenkstange 100 sind durch ein Torsionselement 101 miteinander verbunden. Bei einer Verdrehung des ersten Teils 100.1 und des zweiten Teils 100.2 der Lenkstange zueinander kann das Torsionselement in sich verdreht werden und erlaubt eine Verdrehung der verbundenen ersten und zweiten Teile der Lenkstange 100 zueinander.A first part 100.1 a handlebar and a second part 100.2 a handlebar 100 are through a torsion element 101 connected with each other. With a rotation of the first part 100.1 and the second part 100.2 the steering rod to each other, the torsion element can be twisted in and allows a rotation of the connected first and second parts of the handlebar 100 to each other.

Am ersten Teil 100.1 der Lenkstange 100 ist ein erstes Targetelement 103 angebracht. Eine Anbringung des Targetelements 103 an den ersten Teil 100.1 kann über eine entsprechende Tragstruktur 102 erfolgen. Eine Tragstruktur kann beispielsweise eine Hülse 102 sein Die Anbringung kann dabei starr vorgesehen sein. Bei einer Drehung des ersten Teils 100.1 der Lenkstange 100 dreht sich das verbundene Targetelement 103 mit.At the first part 100.1 the handlebar 100 is a first target element 103 appropriate. An attachment of the target element 103 to the first part 100.1 can have a corresponding support structure 102 respectively. A support structure, for example, a sleeve 102 The attachment can be rigidly provided. Upon rotation of the first part 100.1 the handlebar 100 the connected target element rotates 103 With.

An dem zweiten Teil 100.2 der Lenkstange 100 ist ein zweites Targetelement 104 angebracht. Auch diese Anbringung kann starr vorgesehen sein. Bei einer Drehung des zweiten Teils 100.2 der Lenkstange 100 dreht sich das zweite Targetelement 104 mit.At the second part 100.2 the handlebar 100 is a second target element 104 appropriate. This attachment can be provided rigidly. Upon rotation of the second part 100.2 the handlebar 100 the second target element rotates 104 With.

Sowohl das erste als auch das zweite Targetelement 103 und 104 können alternativ auch an dem Torsionselement 101 angebracht sein. Es muss dabei lediglich gewährleistet sein, dass bei einer Drehung des ersten und zweiten Teils 100.1 und 100.2 der Lenkstange 100 das erste und zweite Targetelement 103, 104 zueinander verdreht werden.Both the first and the second target element 103 and 104 may alternatively also on the torsion element 101 to be appropriate. It only needs to be ensured that upon rotation of the first and second part 100.1 and 100.2 the handlebar 100 the first and second target elements 103 . 104 be twisted to each other.

Des Weiteren ist eine Sensorleiterplatte 105 entweder starr mit dem zweiten Teil 100.2 der Lenkstange 100 oder - wie dargestellt - ortsfest in Bezug auf eine Verdrehung der Lenkstange 100 insgesamt, angebracht. Die Sensorleiterplatte 105 dreht sich bei einer ortsfesten Anordnung in Bezug auf die Lenkstange 100 also bei einer Drehung der Lenkstange nicht mit.Furthermore, a sensor circuit board 105 either rigid with the second part 100.2 the handlebar 100 or - as shown - stationary with respect to a rotation of the handlebar 100 in total, appropriate. The sensor PCB 105 rotates in a fixed arrangement with respect to the handlebar 100 So not with a rotation of the handlebar.

Der vertikale Abstand zwischen den beiden Targetelementen 103, 104 kann durch die entsprechend beabstandete Anbringung an der Lenkstange 100 - insbesondere an dem ersten Teil 100.1, dem zweiten Teil 100.2 - vorgegeben sein. Alternativ kann wie beschrieben auch eine Anbringung des ersten und/oder zweiten Targetelements 103 und 104 am Torsionselement 101 vorgesehen sein.The vertical distance between the two target elements 103 . 104 can by appropriately spaced attachment to the handlebar 100 - especially at the first part 100.1 , the second part 100.2 - be predetermined. Alternatively, as described, an attachment of the first and / or second target element 103 and 104 on the torsion element 101 be provided.

In 1 ist zu sehen, dass durch Dimensionierung der Tragestruktur 102 der Abstand zwischen den Targetelementen 103 und 104 einstellbar ist.In 1 can be seen that by dimensioning the support structure 102 the distance between the target elements 103 and 104 is adjustable.

Der vertikale Abstand zwischen den beiden Targetelementen 103, 104 in Erstreckungsrichtung der Lenkstange kann wenige 100 µm betragen. Bevorzugt ist der Abstand so klein wie möglich auszulegen. Ebenso ist es möglich, dass sich die Targetelemente 103, 104 berühren.The vertical distance between the two target elements 103 . 104 in the extension direction of the handlebar can be a few 100 microns. Preferably, the distance is to be interpreted as small as possible. It is also possible that the target elements 103 . 104 touch.

Bei Aufbringen eines Drehmoments auf die Lenkstange, kann es zu einer relativen Verdrehung zwischen dem ersten Teil 100.1 der Lenkstange 100 und dem zweiten Teil 100.2 der Lenkstange 100 kommen. Dies bewirkt eine Verdrehung der beiden Targetelemente 103 und 104 zueinander.When a torque is applied to the handlebar, there may be a relative rotation between the first part 100.1 the handlebar 100 and the second part 100.2 the handlebar 100 come. This causes a rotation of the two target elements 103 and 104 to each other.

Die Targetelemente 103 und 104 sind in 2 dargestellt.The target elements 103 and 104 are in 2 shown.

Das erste Targetelement 103 besteht aus einer identischen Anzahl an elektrisch leitfähigen ersten Kreissektorelementen 103.1 und elektrisch nicht oder weniger leitfähigen zweiten Kreissektorelementen 103.2. Beide spannen jeweils den Winkel 103a bzw. 103b auf.The first target element 103 consists of an identical number of electrically conductive first circular sector elements 103.1 and electrically non or less conductive second circular sector elements 103.2 , Both tension the angle 103a respectively. 103b on.

Beide Winkel 103a und 103b können identisch groß sein. Die Winkel 103a und 103b können jeweils dem ein- bis zweifachen des maximalen Torsionswinkels des ersten Teils 100.1 und zweiten Teils 100.2 der Lenkstange 100 entsprechen. Es soll hier erneut darauf hingewiesen werden, dass die Schilderung anhand einer Lenkstange nicht beschränkend ist, sondern diese als Repräsentant eines Rotationsbauteils zu sehen ist.Both angles 103a and 103b can be the same size The angles 103a and 103b can each be one to two times the maximum torsion angle of the first part 100.1 and second part 100.2 the handlebar 100 correspond. It should be pointed out again that the description of a handlebar is not limiting, but this is to be seen as a representative of a rotary component.

Die Summe eines Winkels 103a und eines Winkels 103b kann einem ganzzahligen Teiler von 360° entsprechen.The sum of an angle 103a and an angle 103b can correspond to an integer divider of 360 °.

Neben dem ersten Targetelement 103 ist ein zweites Targetelement 104 dargestellt. Das zweite Targetelement 104 kann identische Abmessungen wie das erste Targetelement 103 aufweisen. Dabei spannen die Kreissektorelemente 104.1 sowie 104.2 wieder jeweils zugeordnete Winkel 104a und 104b auf. Für die Winkel 104a und 104b gilt das bezüglich den Winkeln 103a und 103b gesagte ebenfalls. Next to the first target element 103 is a second target element 104 shown. The second target element 104 can have identical dimensions as the first target element 103 exhibit. The circular sector elements clamp 104.1 such as 104.2 again associated angles 104a and 104b on. For the angles 104a and 104b This applies to the angles 103a and 103b said likewise.

Die Geometrie der elektrisch leitfähigen ersten Kreissektorelemente 104.1 des zweiten Targetelements 104 können identisch zu den elektrisch nicht oder weniger leitfähigen zweiten Kreissektorelementen 103.2 des Targetelements 103 sein.The geometry of the electrically conductive first circular sector elements 104.1 of the second target element 104 may be identical to the electrically non or less conductive second circular sector elements 103.2 of the target element 103 be.

Die Geometrie der elektrisch leitfähigen ersten Kreissektorelemente 103.1 des ersten Targetelements 103 können identisch zu den elektrisch nicht oder zumindest weniger leitfähigen Kreissektorelementen 104.2 des Targetelements 104 sein.
Anders gesagt sind die ersten und zweiten Targetelemente 103, 104 in ihrer Geometrie komplementär zueinander.The geometry of the electrically conductive first circular sector elements 103.1 of the first target element 103 may be identical to the electrically non or at least less conductive circular sector elements 104.2 of the target element 104 be.
In other words, the first and second target elements are 103 . 104 in their geometry complementary to each other.

Werden die beiden Targetelemente 103, 104 auf einer gemeinsamen Drehachse übereinander platziert, so sind in einer entsprechenden Rotationsposition in Draufsicht entlang der Drehachse nur elektrisch leitfähige erste Kreissektorelemente 103.1 und 104.1 sichtbar. Es bildet sich eine geschlossene Fläche aus Targetelementen 103 und 104 mit jeweils elektrisch leitfähigen ersten Kreissektorelementen 103.1 beziehungsweise 104.1.Become the two target elements 103 . 104 Placed on top of each other on a common axis of rotation, only electrically conductive first circular sector elements are in a corresponding rotational position in plan view along the axis of rotation 103.1 and 104.1 visible, noticeable. It forms a closed surface of target elements 103 and 104 each with electrically conductive first circular sector elements 103.1 respectively 104.1 ,

3 zeigt die Anordnung des ersten Targetelements 103 mit dem zweiten Targetelement 104 in einer Draufsicht entlang einer gemeinsamen Rotationsachse der Targetelemente 103 und 104 in unterschiedlichen Rotationspositionen. 3 shows the arrangement of the first target element 103 with the second target element 104 in a plan view along a common axis of rotation of the target elements 103 and 104 in different rotational positions.

In einem unverdrehten Zustand sind die beiden Targetelemente 103, 104 so relativ zueinander verdreht positioniert, dass sie in der Draufsicht - beispielsweise ohne ein Einwirken eines Drehmoments auf die Lenkstange - gemeinsam eine durchgehende elektrisch leitfähige Fläche bilden. Dese Anordnung ist in 3 links dargestellt.In an untwisted state, the two target elements 103 . 104 positioned so rotated relative to each other that they together form a continuous electrically conductive surface in plan view - for example, without the action of a torque on the handlebar. This arrangement is in 3 shown on the left.

Bei einer relativen Verdrehung der beiden Targetelemente 103, 104 - beispielsweise bei Einwirken eines Drehmoments auf die Lenkstange 100, ergibt sich in der Draufsicht je nach relativem Verdrehwinkel eine andere Rotationsposition der Targetelemente 103, 104 zueinander.At a relative rotation of the two target elements 103 . 104 - For example, when a torque on the handlebar 100 , results in the plan view, depending on the relative angle of rotation, a different rotational position of the target elements 103 . 104 to each other.

Wie in 3 in der Mitte zu erkennen ist führt eine Verdrehung der Targetelemente 103, 104 zueinander zu einer Öffnung einer Fläche, die nicht mehr mit einem der elektrisch leitfähigen ersten Kreissektorelemente 103.1, 104.1 bedeckt ist, sondern stattdessen von den jeweils elektrisch nicht-leitenden beziehungsweise weniger leitenden Kreissektorelementen 103.2, 104.2 der Targetelemente 103, 104.As in 3 can be seen in the middle leads to a rotation of the target elements 103 . 104 to each other to an opening of a surface, which no longer with one of the electrically conductive first circular sector elements 103.1 . 104.1 is covered, but instead of the respective electrically non-conductive or less conductive Kreissektorelementen 103.2 . 104.2 the target elements 103 . 104 ,

Bei einer weiteren Verdrehung der Targetelemente 103, 104 zueinander öffnet sich diese Fläche weiter. Die Detektion der Größe dieser Fläche 103.2, 104.2 erlaubt einen Rückschluss auf den Verdrehwinkel. Anhand des Verdrehwinkels lässt sich bei Kenntnis einer Kopplungsstärke eines vorhandenen Torsionselements 100 das Drehmoment bestimmen.In a further rotation of the target elements 103 . 104 to each other, this area opens further. The detection of the size of this area 103.2 . 104.2 allows a conclusion on the twist angle. On the basis of the rotation angle can be with knowledge of a coupling strength of an existing torsion element 100 determine the torque.

Anders ausgedrückt ergibt sich bei einer Verdrehung der Targetelement 103, 104 zueinander eine Veränderung des Überdeckungsmaßes des zugehörigen Sensorelements 105 mit Bereichen an elektrisch leitendem ersten Material 103.1, 104.1 Das Überdeckungsmaß beeinflusst die mittels des Sensorelements 105 zu ermittelnde Messgröße. Damit einher geht korreliert eine Änderung der Überdeckung mit elektrisch nicht- oder weniger leitendem Material 103.2 und 104.2.In other words, the rotation of the target element 103 . 104 to each other a change in the degree of overlap of the associated sensor element 105 with areas of electrically conductive first material 103.1 . 104.1 The degree of overlap influences the means of the sensor element 105 to be determined measure. This is correlated with a change in the coverage with electrically non-conductive or less conductive material 103.2 and 104.2 ,

Die Größe dieser beschrieben sich öffnenden Fläche kann mit einer Spulenanordnung ermittelt werden, die in 4 gezeigt ist. Die Spulenanordnung umfasst in einer ersten Ausgestaltung eine kreisförmige Erregerspule 202, die auf der Sensorleiterplatte 105 platziert wird. Die Sensorplatte 105 ist der Übersichtlichkeit halber nicht in den 4 - 6 gezeigt.The size of this described opening area can be determined by means of a coil arrangement which is shown in FIG 4 is shown. In a first embodiment, the coil arrangement comprises a circular exciter coil 202 on the sensor board 105 is placed. The sensor plate 105 is the sake of clarity not in the 4 - 6 shown.

Die Erregerspule 202 verläuft entlang des Umfangs des rotierenden Bauteils, welches in 4 anhand seines Durchmessers di angedeutet ist.The exciter coil 202 runs along the circumference of the rotating component, which in 4 indicated by its diameter di.

Innerhalb der Erregerspule 202 befindet sich eine Empfangsspule 203. Auch eine umgekehrte Anordnung von Empfangsspule und Erregerspule wäre möglich.Inside the exciter coil 202 there is a receiver coil 203 , A reverse arrangement of receiving coil and exciting coil would be possible.

Die äußere Abmessung der Spulenstruktur (Durchmesser da) liegt in derselben Größenordnung wie der Durchmesser der Targetelemente 103, 104. Die Spulenanordnung 202, 203 muss ferner in der Lage sein eine Lenkstange 100 vom Durchmesser di zumindest anteilig aufzunehmen.The outer dimension of the coil structure (diameter da) is of the same order of magnitude as the diameter of the target elements 103 . 104 , The coil arrangement 202 . 203 must also be able to handle a handlebar 100 at least partially absorbed by the diameter di.

Der Verlauf der Erregerspule 202 sowie der Empfangsspule 203 kann im Ausführungsbeispiel der 4 jeweils als einläufig verstanden werden. Der Verlauf ist im gezeigten Beispiel gleichläufig, es gibt keinen weiteren Teil der Erregerspule 202 beziehungsweise der Empfangsspule 203, der entgegen einem ersten Teil verläuft. Ein einläufiger Verlauf ist hierbei im Vergleich zu einem zweiläufigen Verlauf der 5 oder 6 zu sehen.The course of the exciter coil 202 as well as the receiver coil 203 can in the embodiment of 4 each be understood as inseparable. The course is the same in the example shown, there is no other part of the exciter coil 202 or the receiving coil 203 which runs against a first part. A single course is here in comparison to a two - course course of 5 or 6 to see.

Die Erregerspule 202 wird mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die eine Frequenz im Bereich einiger MHz (bevorzugt 5 MHz) aufweist. Dadurch entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld. Das elektromagnetische Wechselfeld ruft in den Targets 103, 104 Wirbelströme hervor, welche über das sich ergebende Magnetfeld in der Empfangsspule 203 eine entsprechende Wechselspannung induzieren. Über eine Demodulation kann der Kopplungsfaktor des Empfangssignals mit dem Erregersignal ermittelt werden.
Diese kann z.B. über eine Multiplikation des Empfangssignals mit dem Erregersignal und anschließende Tiefpassfilterung durchgeführt werden. Die Eckfrequenz des Tiefpassfilters kann niedrig sein und im Bereich weniger Hz bis weniger kHz liegen. Alternativ kann die Amplitude des Empfangssignals auch mittels einer (digitalen) Fouriertransformation oder alternative Verfahren zur Amplitudenmessung bestimmt werden.The exciter coil 202 is subjected to an alternating voltage having a frequency in Range of several MHz (preferably 5 MHz). This creates an alternating electromagnetic field. The electromagnetic alternating field calls in the targets 103 . 104 Eddy currents resulting from the resulting magnetic field in the receiver coil 203 induce a corresponding AC voltage. A demodulation of the coupling factor of the received signal can be determined with the exciter signal.
This can be carried out, for example, by means of a multiplication of the received signal with the exciter signal and subsequent low-pass filtering. The cut-off frequency of the low-pass filter can be low and range from a few Hz to less than kHz. Alternatively, the amplitude of the received signal can also be determined by means of a (digital) Fourier transformation or alternative methods for amplitude measurement.

Je geringer die Überdeckung -also das Überdeckungsmaß - der Spulenstruktur 202, 203 mit elektrisch leitfähigem Material 103.1 104.1 der Targetelemente 103, 104 ist, desto größer ist der Kopplungsfaktor zwischen Empfangssignal und Erregersignal. Werden Targets 103, 104 wie in 3 verwendet, so ergibt sich ein Zusammenhang zwischen dem Verdrehwinkel 302 und dem Kopplungsfaktor 301 gemäß 7.The smaller the overlap - as the overlap measure - the coil structure 202 . 203 with electrically conductive material 103.1 104.1 the target elements 103 . 104 is, the greater the coupling factor between received signal and exciter signal. Become targets 103 . 104 as in 3 used, so there is a relationship between the twist angle 302 and the coupling factor 301 according to 7 ,

Ein linearer Verlauf des Zusammenhangs wie in 7 gezeigt - ist nicht dringend notwendig, ebenso kann ein funktionaler Zusammenhang bestehen, abhängig davon, wie sich mit der Verdrehung der Targetelemente zueinander die Überdeckung der Spulenanordnung 202,203 mit elektrisch leitfähigem Material 103.1, 104.1 der Targetelemente 103, 104 verändert.
Der Verdrehwinkel 301 kann wie beschrieben das angreifende Drehmoment repräsentieren, insbesondere proportional zu diesem sein. Der dargestellte Verlauf gilt dann, wenn die Verdrehung des Torsionselements linear zum Drehmoment ist und wenn die Überdeckung der Spulenstruktur 202, 203 mit elektrisch leitfähigem Material 103.1 104.1 der Targetelemente 103, 104 linear auf den Koppelfaktor wirkt. Speziell für kleine maximale Tordierungen kann dieser Zusammenhang als gültig angesehen werden.A linear course of the relationship as in 7 shown - is not urgently necessary, as may be a functional relationship, depending on how with the rotation of the target elements to each other, the overlap of the coil assembly 202,203 with electrically conductive material 103.1 . 104.1 the target elements 103 . 104 changed.
The twist angle 301 As described, it may represent, in particular be proportional to, the applied torque. The course shown is true when the rotation of the torsion is linear to the torque and when the overlap of the coil structure 202 . 203 with electrically conductive material 103.1 104.1 the target elements 103 . 104 acts linearly on the coupling factor. Especially for small maximum torsions, this relationship can be considered valid.

Um den Einfluss der Lenkstange auf die Spulensignale zu senken, bietet sich ein weiteres Design für die Spulenanordnung gemäß 5 an.In order to reduce the influence of the handlebar on the coil signals, another design for the coil arrangement according to offers 5 at.

Die Erregerspule 202 ist entlang dem Umfang der Lenkstange angeordnet, analog zu 4.The exciter coil 202 is arranged along the circumference of the handlebar, analogous to 4 ,

Die Empfangsspule 203 verläuft ebenfalls entlang des Umfangs, jedoch nicht mehr einläufig wie in 4 gezeigt, sondern mehrläufig. Unter mehrläufig ist zu verstehen, dass die Empfangsspule 203 in einem ersten Teil entlang des Umfangs der Lenkstange 100 verläuft, sowie in wenigstens einem weiteren Teil entlang des Umfangs gegenläufig zum ersten Teil verläuft. In 5 ist zu erkennen, dass ein erster Teil einen Verlauf entgegen dem Uhrzeigersinn aufweist, und ein zweiter Teil einen Verlauf im Uhrzeigersinn aufweist. Beide Verläufe verlaufen entlang des Umfangs, weisen jedoch einen anderen Radius auf. Zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Empfangsspule kann ein Abschnitt vorhanden sein, der den ersten Teil mit dem zweiten Teil verbindet.
Dieser Zwischenabschnitt kann beispielsweise radial verlaufen in Bezug auf die Mitte der Spulenanordnung und somit der Lenkstange 100.The receiver coil 203 also runs along the circumference, but no longer einläuf as in 4 shown, but multi-lingual. Unteruntergangs is to be understood that the receiving coil 203 in a first part along the circumference of the handlebar 100 runs, and in at least one other part along the circumference runs in opposite directions to the first part. In 5 It can be seen that a first part has a course in the counterclockwise direction, and a second part has a course in the clockwise direction. Both courses run along the circumference, but have a different radius. Between the first part and the second part of the receiving coil there may be a section connecting the first part to the second part.
For example, this intermediate portion may extend radially with respect to the center of the coil assembly and thus the handlebar 100 ,

In einer weiteren Ausführungsform gemäß 6 ist es zudem möglich, dass die Spulenanordnung 202, 203 die Lenkstange 100 nicht komplett umschließt. In 6 hat die Empfangsspule 203 lediglich einen Öffnungswinkel 204, der auch auf der anderen Seite der gestrichelten Hilfslinien in gleicher Weise als Winkel 204 vorhanden ist. Dazuhin ist auch die Erregerspule 202 nun mehrläufig vorgesehen. Auch die Erregerspule 202 hat nun einen ersten Teil, der entlang des Umlaufs verläuft, sowie einen zweiten gegenläufigen Teil, der wiederum entlang des Umlaufs verläuft, jedoch gegenläufig zum ersten Teil. Auch die Erregerspule 202 hat einen Öffnungswinkel (nicht eingezeichnet in 6) der kleiner ist, als 360 °. Somit umläuft die Erregerspule 202 die Lenkstange mehrläufig und anteilig.In a further embodiment according to 6 it is also possible that the coil arrangement 202 . 203 the handlebar 100 not completely encloses. In 6 has the receiver coil 203 only an opening angle 204 , which also on the other side of the dashed auxiliary lines in the same way as an angle 204 is available. In addition, there is also the exciter coil 202 now planned more often. Also the exciter coil 202 now has a first part, which runs along the circulation, and a second opposite part, which in turn runs along the circulation, but in opposite directions to the first part. Also the exciter coil 202 has an opening angle (not shown in FIG 6 ) which is smaller than 360 °. Thus, the exciter coil rotates 202 the handlebar multi-lingual and proportionate.

In 6 ist somit ein mehrläufiger anteiliger Verlauf von Erregerspule 202 und Empfangsspule 203 gezeigt.In 6 is thus a mehrläufiger proportionate course of excitation coil 202 and receiver coil 203 shown.

Dies hat eine einfache Montage zur Folge, da die Spulenanordnung 202, 203 lediglich seitlich an das zu vermessende Objekt herangeführt werden kann.This results in a simple assembly result, since the coil assembly 202 . 203 can only be brought laterally to the object to be measured.

Es ist klar, dass der zu wählende Öffnungswinkel 204 nur so gewählt werden kann, dass sich immer mindestens ein Spalt 103.2, 104.2 zwischen den Kreissegmenten 103.1 und 104.1 der Targetelemente 103 und 104 über der Empfangsspule 203 befindet. Für die dargestellte Targetstruktur beträgt der Öffnungswinkel der Empfangsspule 204 dafür bevorzugt 60°.It is clear that the opening angle to be selected 204 can only be chosen so that there is always at least one gap 103.2 . 104.2 between the circle segments 103.1 and 104.1 the target elements 103 and 104 above the receiver coil 203 located. For the illustrated target structure, the opening angle of the receiving coil 204 preferably 60 °.

Für die in 4, 5 und 6 gezeigten Spulenanordnungen 202, 203 gilt, dass sowohl die Erregerspule 202 als auch die Empfangsspule 203 in mehreren Leiterplattenebenen der Leiterplatte 105 realisiert werden können.
Die Erregerspule 202 sowie die Empfangsspule 203 kann auch mehr als eine Windung aufweisen, wie dies bei Spulen generell bekannt ist. Zusätzliche Windungen können beispielsweise hinter oder vor den in 4, 5 oder 6 gezeigten Spulenanordnungen 202, 203 verlaufen, also quasi in die Zeichenebene hinein, oder aus der Zeichenenebene hinaus.For the in 4 . 5 and 6 shown coil arrangements 202 . 203 is true that both the exciter coil 202 as well as the receiver coil 203 in several PCB levels of the PCB 105 can be realized.
The exciter coil 202 as well as the receiver coil 203 may also have more than one turn, as is generally known in the case of coils. Additional turns, for example, behind or in front of the in 4 . 5 or 6 shown coil assemblies 202 . 203 run, so to speak, into the plane of the drawing, or out of the plane of the drawing.

Ebenso ist es möglich, dass mehrere Erregerspulen 202 und/ oder Empfangsspulen 203 verwendet werden. Dadurch können beispielsweise Anforderungen an funktionale Sicherheit (z.B. Redundanz des Messsystems) erfüllt werden.It is also possible that several excitation coils 202 and / or receiver coils 203 be used. As a result, for example, requirements for functional safety (eg redundancy of the measuring system) can be met.

Eine alternative Spulenanordnung 202 ist in 9 dargestellt. Auch mit dieser Spulenanordnung 202 kann entsprechend der bisher beschriebenen Ausführungen eine relative Auslenkung - insbesondere eine Verdrehung - der zwei Targets 103 und 104 zueinander ermittelt werden.An alternative coil arrangement 202 is in 9 shown. Also with this coil arrangement 202 can according to the previously described embodiments, a relative deflection - in particular a rotation - of the two targets 103 and 104 be determined to each other.

Im Vergleich zu den bisherigen Ausführungen mit einer Erregerspule 202 sowie einer Empfangsspule 203 ist in dieser Ausführung nur ein Spulenelement 202 vorgesehen. Das Spulenelement 202 ist eine kreisförmige Spule 202 - beispielsweise eine Planarspule - gemäß 9. Die Spule 202 ist auf der Sensorleiterplatte 105 angebracht.
Die Spule 202 weist einen ersten Anschluss 202.1 und einen zweiten Anschluss 202.2 auf. Die Dimensionierung der Spulenanordnung 202 ist so ausgelegt, dass der Durchmesser da in derselben Größenordnung liegt wie der Durchmesser der Targetelemente 103, 104. Der innere Durchmesser di hängt vom Durchmesser der Lenkstange 100 ab, die durch die Spulenanordnung 202 durchzuführen ist.
Die Lenkstange 100 ist in 9 nicht eingezeichnet.Compared to the previous versions with an excitation coil 202 and a receiver coil 203 is only a coil element in this embodiment 202 intended. The coil element 202 is a circular coil 202 - For example, a planar coil - according to 9 , The sink 202 is on the sensor PCB 105 appropriate.
The sink 202 has a first connection 202.1 and a second connection 202.2 on. The dimensioning of the coil arrangement 202 is designed so that the diameter is there in the same order of magnitude as the diameter of the target elements 103 . 104 , The inner diameter di depends on the diameter of the handlebar 100 from passing through the coil assembly 202 is to perform.
The handlebar 100 is in 9 not shown.

In 9 ist die Spulenanordnung 202 mit mehreren Windungen gezeigt, die alle entlang des Umfangs der Lenkstange 100 verlaufen. Diese Anordnung ist wiederum als einläufig zu verstehen. In dieser Ausführungsform ist kein gegenläufiger Teil der Spule 202 vorhanden.In 9 is the coil arrangement 202 shown with several turns, all along the perimeter of the handlebar 100 run. This arrangement is in turn to be understood as a single. In this embodiment, there is no opposing part of the coil 202 available.

Der zu Grunde liegende Messeffekt dieser Spulenanordnung ist eine Induktivitätsänderung der Spule 202, wenn sich über dieser elektrisch leitfähiges Material befindet, beispielsweise die elektrisch leitfähigen Teile 103.1 und 104.1 der Targets 103 und 104.The underlying measurement effect of this coil arrangement is an inductance change of the coil 202 if there is over this electrically conductive material, such as the electrically conductive parts 103.1 and 104.1 the targets 103 and 104 ,

Wird an die Spule 202 eine Wechselspannung angelegt, so entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches in den darüber befindlichen Targets 103,104 einen Wirbelstrom induziert, insbesondere in den elektrisch leitenden Teilen der Targets 103, 104. Dieser Wirbelstrom erzeugt ein zum ersten elektromagnetische Wechselfeld Feld entgegengesetztes Gegenfeld, was zu einer reduzierten Induktivität der Sensorspule 202 führt.Is attached to the coil 202 If an alternating voltage is applied, an alternating electromagnetic field results, which induces an eddy current in the targets 103, 104 above, in particular in the electrically conductive parts of the targets 103 . 104 , This eddy current generates a field opposing the first electromagnetic field alternating field, resulting in a reduced inductance of the sensor coil 202 leads.

Die Induktivitätsreduzierung ist umso stärker, je größer die mit elektrisch leitfähigem Material überdeckte Fläche ist. Gemäß der Anordnung der Targetelemente 103, 104 in 3 bedeutet dies, dass eine kleinere relative Verdrehung zu einer niedrigeren Induktivität führt.The inductance reduction is stronger, the greater the area covered with electrically conductive material. According to the arrangement of the target elements 103 . 104 in 3 This means that a smaller relative rotation leads to a lower inductance.

Wird die Spule 202 nun beispielsweise in einem elektrischen Schwingkreis gemäß 10 verschaltet, ändert sich dadurch die Resonanzfrequenz desselben gemäß $$\text{f}\_0=1/\left(2*\text{PI}*\text{sqrt}\left(\text{L}*\text{C}\right)\right)$$

wobei f_0 die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, PI die Kreiszahl, sqrt die Wurzel, L die Induktivität und C die Kapazität des Schwingkreises repräsentiertWill the coil 202 now, for example, in an electrical resonant circuit according to 10 interconnected, thereby changing the resonance frequency thereof according to $$\text{f}\_0=1/\left(2*\text{PI}*\text{sqrt}\left(\text{L}*\text{C}\right)\right)$$

where f_0 represents the resonant frequency of the resonant circuit, PI the circle number, sqrt the root, L the inductance and C the capacitance of the resonant circuit

Je niedriger die Spuleninduktivität L ist, desto größer wird die Frequenz f_0 des Schwingkreises. Eine Messung der Frequenz f_0 z.B. durch Zählen der Perioden innerhalb eines definierten Zeitfensters erlaubt demnach einen Rückschluss auf eine Verdrehung der Targets zueinander. Das anliegende Drehmoment beeinflusst die Verdrehung der Targets 103, 104 zueinander, wodurch anhand der Ermittlung der Verdrehung auf das angreifende Drehmoment zurückgeschlossen werden kann.
Die im Schwingkreis verwendeten Kondensatoren werden so gewählt, dass eine Frequenz im Bereich einiger zehn MHz erreicht wird. Zur Erhöhung der Basisinduktivität kann die Planarspule auch in mehreren Lagen einer Leiterplatte integriert sein, wodurch mehrere Windungen übereinander angeordnet sein können. Ebenso ist eine Erhöhung der Windungszahl denkbar.The lower the coil inductance L, the greater the frequency f_0 of the resonant circuit. A measurement of the frequency f_0, for example, by counting the periods within a defined time window thus allows a conclusion to a rotation of the targets to each other. The applied torque influences the rotation of the targets 103 . 104 to each other, which can be deduced on the basis of the determination of the rotation of the applied torque.
The capacitors used in the resonant circuit are chosen so that a frequency in the range of several tens of MHz is achieved. To increase the base inductance, the planar coil can also be integrated in several layers of a printed circuit board, as a result of which a plurality of turns can be arranged one above the other. Likewise, an increase in the number of turns is conceivable.

Das Zählen der Frequenzen kann mittels eines eigens vorgesehenen Steuergeräts durchgeführt werden. Ebenso kann mittels die Auswertung mittels eines bereits vorhandenen Steuergeräts, auf das die Analyse ausgelagert ist, erfolgen. In diesem Fall sind keine zusätzlichen Komponenten (wie z.B. ein Mikrocontroller) notwendig und das Gesamtsystem wird sehr günstig.The counting of the frequencies can be carried out by means of a dedicated control device. Likewise, by means of the evaluation by means of an already existing control device to which the analysis is outsourced take place. In this case, no additional components (such as a microcontroller) are necessary and the overall system becomes very cheap.

Alternativ zur Messung in einem Schwingkreis kann die Induktivität auch direkt gemessen werden. Dies kann zum Beispiel mit folgenden Verfahren durchgeführt werden:

• - durch L-Integrator,
  • ◯ wobei eine DC Spannung an die Spule gelegt wird, der Strom entsprechend ansteigt und mittels eines Operationsverstärkers in eine Messspannung gewandelt wird.
• - durch DC-DC Wandler,
  • ◯ der prinzipiell darauf basiert, dass die Energie der Messspule auf einen Kondensator geladen wird, dessen Spannung als Messsignal dient.
• - durch reaktive Spannungsteiler,
  • ◯ wobei z.B. über eine Phasenregelschleife (PLL) die Phasenbeziehung zwischen einem erregenden Sinussignal und der Spannung über dem LC Schwingkreis bestimmt wird.
• - durch Integration der Messspule in Brückenschaltungen,
  • ◯ wobei die Hauptaufgabe der Hardware die Demodulation des Messsignals darstellt.
  • ◯ wobei mindestens eine weitere Spule als Referenz verfügbar sein muss.

Alternatively to the measurement in a resonant circuit, the inductance can also be measured directly. This can be done, for example, with the following methods:

• - by L-integrator,
  • ◯ wherein a DC voltage is applied to the coil, the current increases accordingly and is converted by means of an operational amplifier in a measuring voltage.
• - by DC-DC converter,
  • ◯ based in principle on the fact that the energy of the measuring coil is charged to a capacitor whose voltage serves as a measuring signal.
• - through reactive voltage dividers,
  • ◯ whereby, for example via a phase locked loop (PLL), the phase relationship between an exciting sinusoidal signal and the voltage across the LC resonant circuit is determined.
• by integration of the measuring coil in bridge circuits,
  • ◯ where the main task of the hardware is the demodulation of the measurement signal.
  • ◯ where at least one additional coil must be available as a reference.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102014208642 A1 [0001]DE 102014208642 A1 [0001]

Claims (11)

Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehmoments an einem Rotationsbauteil (100) umfassend - wenigstens einen ersten Signalgeber (103) gekoppelt an einen ersten Rotationsstab (100.1), - wenigstens einen zweiten Signalgeber (104) gekoppelt an einen zweiten Rotationsstab (100.2), - wobei der erste und zweite Rotationsstab (100.1, 100.2) durch ein Torsionselement (101) zueinander drehbar gekoppelt sind, - sowie umfassend wenigstens ein Sensorelement (105), dadurch gekennzeichnet, dass - der erste und zweite Signalgeber (103, 104) jeweils wenigstens einen elektrisch leitenden ersten Bereich (103.1, 104.1) sowie wenigstens einen elektrisch nichtleitenden oder weniger leitenden zweiten Bereich (103.2, 104.2) umfassen, - der erste und zweite Signalgeber (103, 104) derart am Sensorelement (105) angeordnet sind, dass eine relative Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers (103, 104) zueinander abhängig von einem Überdeckungsmaß der elektrisch leitenden ersten Bereiche (103.1, 104.1) bestimmbar ist.Device for determining a torque on a rotary component (100) comprising - at least one first signal generator (103) coupled to a first rotating rod (100.1), - at least one second signal generator (104) coupled to a second rotating rod (100.2), and at least one sensor element (105), characterized in that - the first and second signal generators (103, 104) each have at least one electrically conductive first Area (103.1, 104.1) and at least one electrically non-conductive or less conductive second region (103.2, 104.2), - the first and second signal generator (103, 104) are arranged on the sensor element (105), that a relative rotation of the first and second signal generator (103, 104) each other depending on a Überdeckungsmaß the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) bestim mbar is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers (103, 104) durch Verdrehen des ersten Rotationsstabs (100.1) sowie des zweiten Rotationsstabs (100.2) zueinander bewirkt wird.Device after Claim 1 , characterized in that the rotation of the first and second signal generator (103, 104) by rotating the first rotating rod (100.1) and the second rotating rod (100.2) is effected to each other. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Signalgeber (103) derart an den ersten Rotationsstab (100.1), sowie der zweite Signalgeber (104) derart an den zweiten Rotationsstab (100.2) gekoppelt ist, dass der jeweils gekoppelte Signalgeber (103,104) bei einer Drehbewegung des erstem und/oder zweiten Rotationsstabs (100.1, 100.2) mitbewegt wird.Device after Claim 2 in which the first signal generator (103) is coupled to the first rotary rod (100.1) and the second signal generator (104) is coupled to the second rotary rod (100.2) in such a way that the respectively coupled signal generator (103, 104) during a rotational movement of the first and / or or second rotating rod (100.1, 100.2) is moved. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (105) wenigstens eine Spule (202, 203) umfasst.Device after Claim 1 , characterized in that the sensor element (105) comprises at least one coil (202, 203). Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Sensorelement wenigstens eine Erregerspule (202) sowie wenigstens eine Empfangsspule (203) umfasst.Device after Claim 4 wherein the sensor element comprises at least one exciter coil (202) and at least one receiver coil (203). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden ersten Bereiche (103.1, 104.1) des ersten und zweiten Geberelements (103, 104) dem Sensorelement (105) zugewandte Flächen aufweisen, wobei die Flächen der jeweiligen elektrisch leitenden ersten Bereiche (103.1, 104.1) des ersten und zweiten Geberelements (103,104) im Wesentlichen gleiche Ausmaße aufweisen.Device after Claim 1 , characterized in that the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) of the first and second transmitter element (103, 104) faces the sensor element (105), the surfaces of the respective electrically conductive first regions (103.1, 104.1) of the first and second encoder element (103, 104) have substantially the same dimensions. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdeckungsmaß der elektrisch leitenden ersten Bereiche (103.1, 104.1) anhand einer induktiven Kopplung der Erregerspule (202) und der Empfangsspule (203) ermittelbar ist.Device after Claim 5 , characterized in that the Überdeckungsmaß the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) based on an inductive coupling of the exciter coil (202) and the receiving coil (203) can be determined. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die Erregerspule (202) und die Empfängerspule (203) des Sensorelements (105) jeweils einläufig entlang des Umfangs des Rotationsbauteils (100) angeordnet sind.Device after Claim 5 , characterized in that the excitation coil (202) and the receiver coil (203) of the sensor element (105) are arranged in each case in a single movement along the circumference of the rotary component (100). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (202) des Sensorelements (105) einläufig und die Empfängerspule (203) des Sensorelements (105) mehrläufig entlang des Umfangs des Rotationsbauteils (100) angeordnet sind.Device after Claim 5 , characterized in that the excitation coil (202) of the sensor element (105) in one direction and the receiver coil (203) of the sensor element (105) are arranged more often along the circumference of the rotary member (100). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Erregerspule (202) als auch die Empfängerspule (203) des Sensorelements (105) mehrläufig entlang des Umfangs des Rotationsbauteils (100) verlaufen, wobei der mehrläufige Verlauf durch einen Öffnungswinkel (204) begrenzt ist.Device after Claim 5 , characterized in that both the excitation coil (202) and the receiver coil (203) of the sensor element (105) run more along the circumference of the rotary member (100), wherein the multi-course is limited by an opening angle (204). Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Überdeckungsmaß der elektrisch leitenden ersten Bereiche (103.1, 104.1) des ersten und zweiten Signalgebers (103, 104) zueinander ein Überdeckungsmaß des Sensorelements (105) mit den elektrisch leitenden ersten Bereichen (103.1, 104.1) des ersten und zweiten Signalgebers (103, 104) beeinflusst, insbesondere diesem entspricht.Device after Claim 1 characterized in that the degree of overlap of the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) of the first and second signal generators (103, 104) relative to one another overlaps the sensor element (105) with the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) of the first and second signal transmitters (103, 104) influenced, in particular this corresponds.

Images