DE102017223477A1

DE102017223477A1 - Sensorsystem zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines um eine Rotationsachse rotierenden Elements

Info

Publication number: DE102017223477A1
Application number: DE102017223477.6A
Authority: DE
Inventors: Anton Dukart; Fabian Utermoehlen; Stefan Leidich; Markus Hinterkausen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Es wird ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114) vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst:- mindestens ein Torsionselement (116), wobei das Torsionselement (116) eingerichtet ist mindestens einen ersten Teil (118) des rotierenden Elements (114) und mindestens einen zweiten Teil (120) des rotierenden Elements (114) zu verbinden;- mindestens ein erstes Geberrad (122) und mindestens ein zweites Geberrad (124), wobei das erste Geberrad (124) mit einem ersten Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil (118), dem Torsionselement (116) und dem zweiten Teil (120) verbindbar ist und wobei das zweite Geberrad (124) mit einem zweiten, von dem ersten Element verschiedenen Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil (118), dem Torsionselement (116) und dem zweiten Teil (120) verbindbar ist;- mindestens ein Sensorelement (128);dadurch gekennzeichnet, dassdas mindestens eine erste Geberrad (122) ein erstes Geberradprofil (130) mit mindestens einem im Abstand f radial um die Rotationsachse (112) angeordneten Profilsegment (132) aufweist; wobei weiterhin das mindestens eine zweite Geberrad (124) ein zweites Geberradprofil (134) aufweist, wobei das zweite Geberradprofil (134) mindestens ein erstes Profilsegment (136) und mindestens ein zweites Profilsegment (138) aufweist, wobei das erste Profilsegment (136) im Abstand g radial um die Rotationsachse (112) angeordnet ist, wobei das zweite Profilsegment (138) im Abstand d ≠ g um die Rotationsachse (112) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 83-91 und 156 beschrieben. Beispielsweise kann ein beim Lenken auf eine Lenkstange ausgeübtes Drehmoment mit Hilfe von sogenannten Dehnmessstreifen, basierend auf einem magnetoelastischen Prinzip, bestimmt werden. Typischerweise wird in die sich drehende Achse, beispielsweise in die Lenkstange, ein Torsionselement eingebracht, welches sich in Abhängigkeit der wirkenden Kräfte und/oder Momente verdreht und/oder verformt. Insbesondere können auf das Torsionselement aufgeklebte Dehnmessstreifen eine Verdrehung des Torsionselements messen, wodurch Rückschlüsse auf das auf die Lenkstange wirkende Drehmoment gezogen werden können.
In DE 10 2004 019 379 A1 sollen Drehmomente in einem Triebstrang einfacher und besser erfasst werden können. Hierzu ist vorgesehen, einen Differenzwinkel an zwei Messstellen dadurch zu ermitteln, dass die Drehwinkel an den beiden Messstellen jeweils beaufschlagt mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis voneinander subtrahiert werden. Aus dem Differenzwinkel kann ohne Umweg über die Drehgeschwindigkeit direkt auf ein übertragenes Drehmoment geschlossen werden. DE 10 2004 019 379 A1 offenbart Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Differenzwinkels.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Beispielsweise kann eine Unempfindlichkeit gegenüber herstellungs- und/oder betriebsbedingt auftretenden Toleranzen, wie beispielsweise Fertigungs- und Montagetoleranzen der Abmessungen und/oder Abweichungen der Form aufgrund von betriebsbedingten Temperaturschwankungen, erstrebenswert sein. Insbesondere sind zudem ein geringer Bauraum sowie eine Robustheit gegenüber Fremdeinflüssen, beispielsweise durch Luftfeuchtigkeit, Schmierstoffe und elektrische und/oder magnetische Störfelder, wünschenswert.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Unter einem „Sensorsystem“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen. Unter einem „Sensorsystem zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft“ kann dementsprechend ein Sensorsystem verstanden werden, welches eingerichtet ist, um mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen, beispielsweise zu messen, und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Signal, vorzugsweise eine Spannung oder einen Strom, entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann. Auch Kombinationen von Eigenschaften können durch das Sensorsystem erfassbar sein.
Unter einer „Rotationseigenschaft“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden werden, welche eine Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisiert, insbesondere beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition, eine Winkelbeschleunigung, ein Drehmoment oder um eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.
Insbesondere kann es sich bei der Rotationseigenschaft um ein Drehmoment handeln. Der Begriff „Drehmoment“ bezeichnet allgemein eine Drehwirkung einer Kraft von einem oder auf ein beliebiges, drehbares, insbesondere drehbar gelagertes, Objekt. Das Drehmoment gibt an, wie kraftvoll eine Drehung des drehbaren Objekts ist. Vorzugsweise charakterisiert das Drehmoment wie stark die Drehung des drehbaren Objekts ist und/oder wie stark das drehbare Objekt gedreht wird. Insbesondere können ein Betrag der Kraft, eine Richtung der Kraft sowie ein Abstand einer Wirkungslinie der Kraft von der Drehachse, insbesondere von der Rotationsachse, entscheidend für die Charakterisierung des Drehmoments, insbesondere für die Stärke der Drehung des drehbaren Objekts, sein.
Der Begriff „Drehung“ bezeichnet im Allgemeinen eine Selbstabbildung eines Objektes mit mindestens einem Fixpunkt. Bei einer Drehung können Abstände, Längen und Winkel des Objekts unverändert bleiben, nur eine Lage verändert sich. Bei der Drehung kann ein Punkt fest sein, der seine Lage nicht ändert. Der Punkt kann als Fixpunkt oder Drehzentrum bezeichnet werden.
Bei der Drehung werden grundsätzlich alle Punkte des Objektes um einen gleichen Drehwinkel verschoben. So wird der Winkel zwischen P und P' bezeichnet. Das Objekt ändert bei der Drehung nur seine Lage, sein Aussehen bleibt gleich. Dies kommt daher, dass der Abstand der Punkte P und P' zum Drehzentrum Z identisch bleibt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Rotation“ gleichbedeutend mit dem Begriff „Drehung“ verwendet.
Unter einer „Rotationsachse“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Achse, insbesondere eine beliebig im Raum angeordnete Achse, verstanden werden, um die sich mindestens ein beliebiges Element dreht, beispielsweise eine Drehung ausführt. Insbesondere kann der Fixpunkt oder das Drehzentrum der Drehung des sich um die Rotationsachse drehenden Elements, beispielsweise des rotierenden Elements, auf der Rotationsachse angeordnet sein. Dabei kann die Rotationsachse außerhalb des sich drehenden Elements angeordnet sein oder das drehende Element berühren, insbesondere durchstoßen. Vorzugsweise kann die Rotationsachse in einer Symmetrieachse des sich drehenden Elements angeordnet sein, beispielsweise im Zentrum einer Welle.
Unter einem „rotierenden Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches um mindestens eine Achse, insbesondere um eine Rotationsachse, rotiert.
Beispielsweise kann das rotierende Element eine Stange und/oder Welle sein, beispielsweise eine Lenkstange und/oder eine Welle in einer Antriebsmaschine, beispielsweise eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle. Vorzugsweise kann es sich bei dem rotierenden Element um ein mindestens eine Symmetrie aufweisendes Element, beispielsweise ein rotationssymmetrisches Element und/oder ein in mindestens einer Ebene symmetrisches Element, handeln. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Kurbelwelle oder eine Drehzahl einer Kurbelwelle oder eine Winkelbeschleunigung einer Kurbelwelle oder ein Drehmoment einer Kurbelwelle oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen bestimmt werden. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.
Das Sensorsystem umfasst mindestens ein Torsionselement. Das Torsionselement ist eingerichtet, um mindestens einen ersten Teil des rotierenden Elements und mindestens einen zweiten Teil des rotierenden Elements zu verbinden. Beispielsweise kann eine Verdrehung des ersten Teils des rotierenden Elements gegenüber dem zweiten Teil des rotierenden Elements, insbesondere eine Verdrehung gegeneinander, beispielsweise eine relative Verdrehung des ersten Teils gegenüber dem zweiten Teil, durch das Torsionselement ermöglicht werden.
Die Bezeichnungen „erster Teil“ und „zweiter Teil“ sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Teilen bzw. zweiten Teilen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Teile, beispielsweise eine oder mehrere dritte Teile vorhanden sein. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Teil des rotierenden Elements um einen ersten Abschnitt des rotierenden Elements handeln. Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Teil des rotierenden Elements um einen zweiten von dem ersten Teil verschiedenen Abschnitt des rotierenden Elements handeln.
Unter dem Begriff „Torsionselement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, um bei einer Belastung mit einer Kraft und/oder einem Drehmoment verformbar, vorzugsweise elastisch verformbar, zu sein. Insbesondere kann eine Verformung des Torsionselements, beispielsweise eine Verdrehung und/oder Verdrillung und/oder Verschraubung um eine Achse, vorzugsweise um die Rotationsachse, proportional sein zu der Belastung, insbesondere proportional sein zu einer auf das Torsionselement wirkenden Kraft, beispielsweise proportional sein zu einem um die Achse, insbesondere um die Rotationsachse, wirkenden Drehmoment. Insbesondere kann ein Einwirken des Drehmoments auf das Torsionselement dazu führen, dass sich das Torsionselement um einen Verdrehwinkel verdreht und/oder um einen Scherwinkel verzerrt. Beispielsweise kann die Verformung des Torsionselements reversibel sein, insbesondere Rückgängig gemacht werden. Beispielsweise kann ein Entlasten, insbesondere eine Abnahme der auf das Torsionselement wirkenden Kraft, einen Rückgang der Verformung des Torsionselements bewirken. Das Torsionselement kann insbesondere ganz oder teilweise als Zylinder, insbesondere als Hohlzylinder ausgebildet sein.
Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens ein erstes Geberrad und mindestens ein zweites Geberrad. Das erste Geberrad ist mit einem ersten Element verbindbar. Insbesondere kann das erste Geberrad mit dem ersten Element permanent oder reversibel verbunden oder verbindbar sein. Beispielsweise kann das erste Geberrad einstückig mit dem ersten Element ausgeführt und/oder ausgebildet sein. Beispielsweise kann das erste Geberrad in das erste Element integriert sein. Das erste Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil des rotierenden Elements, dem Torsionselement und dem zweiten Teil des rotierenden Elements. Das zweite Geberrad ist mit einem zweiten von dem ersten Element verschiedenen Element verbindbar. Insbesondere kann das zweite Geberrad mit dem zweiten Element permanent oder reversibel verbunden oder verbindbar sein. Beispielsweise kann das zweite Geberrad einstückig mit dem zweiten Element ausgeführt und/oder ausgebildet sein. Beispielsweise kann das zweite Geberrad in das zweite Element integriert sein. Das zweite Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil des rotierenden Elements, dem Torsionselement und dem zweiten Teil des rotierenden Elements.
Die Bezeichnungen „erstes Geberrad“ und „zweites Geberrad“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Geberrädern bzw. zweiten Geberrädern oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Geberräder, beispielsweise eine oder mehrere dritte Geberräder vorhanden sein. Unter einem „Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden. Insbesondere kann das Geberrad eingerichtet sein, um in einem mit dem rotierenden Element verbundenen Zustand bei einer Drehung und/oder Rotation des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, beispielsweise eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Beispielsweise kann das Geberrad mindestens ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein ferromagnetisches Material, umfassen.
Weiterhin umfasst das Sensorsystem mindestens ein Sensorelement. Unter einem „Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzliche ein beliebiges Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, um die mindestens eine Rotationseigenschaft qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen und beispielsweise in geeignete Messsignale, insbesondere in elektrische Sensorsignale, beispielsweise in analoge und/oder digitale Signale, vorzugsweise in eine Spannung oder einen Strom, umzuwandeln. Insbesondere kann das Sensorsystem ein weiter unten noch näher beschriebenes Sensorelement umfassen.
Weiterhin weist das mindestens eine erste Geberrad ein erstes Geberradprofil mit mindestens einem im Abstand f radial um die Rotationsachse angeordneten Profilsegment auf. Bei dem Abstand f kann es sich dabei beispielsweise um den minimalen Abstand zwischen der Rotationsachse und dem Profilsegment des ersten Geberradprofils handeln. Das mindestens eine zweite Geberrad weist ein zweites Geberradprofil umfassend mindestens ein erstes Profilsegment und mindestens ein zweites Profilsegment, auf. Das erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils ist im Abstand g radial um die Rotationsachse angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei dem Abstand g um den minimalen Abstand zwischen der Rotationsachse und dem ersten Profilsegment des zweiten Geberradprofils handeln. Das zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils ist im Abstand d ≠ g um die Rotationsachse angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei dem Abstand d um den minimalen Abstand zwischen der Rotationsachse und dem zweiten Profilsegment des zweiten Geberradprofils handeln. Beispielsweise kann 0 mm < d ≤ 30 mm sein, vorzugsweise 1 mm ≤ d ≤ 20 mm, bevorzugt 2 mm ≤ d ≤ 15 mm, besonders bevorzugt 3 mm ≤ d ≤ 10 mm.
Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich die Gesamtheit von Profilsegmenten und von zwischen den Profilsegmenten angeordneten Bereichen, insbesondere die Profilsegmente umgebenden Bereiche, des Geberrads verstanden werden. Weiterhin kann unter dem Geberradprofil auch die Anordnung, beispielsweise die Reihenfolge, der Profilsegmente verstanden werden.
Die Bezeichnungen „erstes Profilsegment“ und „zweites Profilsegment“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Profilsegmenten bzw. zweiten Profilsegmenten oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Profilsegmente, beispielsweise eine oder mehrere dritte Profilsegmente vorhanden sein. Unter einem „Profilsegment“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Teilbereich des Geberrads verstanden werden, welcher eine von den übrigen Bereichen des Geberrads abweichende elektrische Leitfähigkeit aufweist. So kann beispielsweise das mindestens eine Profilsegment des ersten Geberradprofils eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, welche abweichend ist von der elektrischen Leitfähigkeit der übrigen Bereiche des ersten Geberrads. Weiterhin können das mindestens eine erste Profilsegment und das mindestens eine zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils jeweils elektrische Leitfähigkeiten aufweisen, welche abweichend sind von der elektrischen Leitfähigkeit der übrigen Bereiche des zweiten Geberrads. Insbesondere kann das Profilsegment eine weiter unten noch näher beschriebene Form aufweisen, insbesondere kann die Form unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise können mehrere Profilsegmente jeweils voneinander verschiedene Formen aufweisen. Insbesondere kann es sich bei dem Profilsegment um eine beliebige Ausformung einer Kontur, insbesondere einer Gestalt oder einer Form, des Geberrads handeln. Beispielsweise kann das Profilsegment eine vorzugsweise kreisförmige Außenkontur des Geberrads auch unverändert lassen. Weiterhin kann das Profilsegment beispielsweise als Bestandteil des Geberrads insbesondere dazu beitragen, bei einer Drehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere ein von dem Sensorelement detektierbares Signal, zu bewirken.
Weiterhin kann für die Abstände f, d und g zwischen der Rotationsachse und den jeweiligen Profilsegmenten insbesondere der folgende Zusammenhang gelten: f ≤ d < g.
Das mindestens eine Profilsegment des ersten Geberradprofils kann beispielsweise von dem rotierenden Element beabstandet angeordnet sein. Insbesondere kann ein Abstand, beispielsweise eine Distanz > 0 mm, zwischen dem mindestens einen Profilsegment des ersten Geberradprofils und dem rotierenden Element vorhanden sein. Insbesondere kann der Abstand f zwischen der Rotationsachse und dem Profilsegment des ersten Geberradprofils größer sein als eine radiale Ausdehnung, insbesondere als ein Radius, des rotierenden Elements.
Weiterhin kann das mindestens eine erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils und das mindestens eine zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils von dem rotierenden Element beabstandet angeordnet sein. Insbesondere kann ein Abstand, beispielweise eine Distanz > 0 mm, zwischen dem mindestens einen ersten Profilsegment des zweiten Geberradprofils und dem rotierenden Element vorhanden sein. Insbesondere kann der Abstand g zwischen der Rotationsachse und dem ersten Profilsegment des zweiten Geberradprofils größer sein als eine radiale Ausdehnung, insbesondere als ein Radius, des rotierenden Elements. Beispielsweise kann ebenfalls ein Abstand, beispielsweise eine Distanz > 0 mm, zwischen dem mindestens einen zweiten Profilsegment des zweiten Geberradprofils und dem rotierenden Element vorhanden sein. Insbesondere kann der Abstand d zwischen der Rotationsachse und dem zweiten Profilsegment des zweiten Geberradprofils größer sein als eine radiale Ausdehnung, insbesondere als ein Radius, des rotierenden Elements.
Bei der mindestens einen zu bestimmenden Rotationseigenschaft des um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements kann es sich insbesondere um ein Drehmoment handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um das Drehmoment, insbesondere, wie oben beschrieben, um eine die Stärke der Rotation des rotierenden Elements charakterisierende Eigenschaft, des rotierenden Elements handeln.
Weiterhin kann das erste Geberrad und das zweite Geberrad einen Abstand D > 0 mm zueinander aufweisen. Insbesondere kann der Abstand D zwischen dem ersten Geberrad und dem zweiten Geberrad eine Ausdehnung in Richtung der Rotationsachse aufweisen. Beispielsweise kann 0 < D ≤ 1000 um sein, bevorzugt kann 0 < D ≤ 500 um sein, besonders bevorzugt kann 0 < D ≤ 100 um sein.
Alternativ oder zusätzlich können sich das erste Geberrad und das zweite Geberrad auch berühren, insbesondere in mindestens eine Richtung, beispielsweise in Richtung der Rotationsachse, keinen Abstand zueinander aufweisen.
Das erste Geberrad und/oder das zweite Geberrad können insbesondere eine zumindest teilweise kreisförmige Form aufweisen. Unter dem Begriff „teilweise kreisförmig“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Form verstanden werden, welche in mindestens einer Ebene eine Kreisbahn, insbesondere eine angenäherte Kreisbahn, oder eine Kurve, beispielsweise einen Ausschnitt aus einer Kreisbahn oder einer angenäherten Kreisbahn, aufweist. Bei der einer Kreisbahn angenäherten Form kann es sich dabei beispielsweise um eine durch mehrere Geraden angenäherte Kreisbahn handeln, beispielsweise um ein Vieleck, vorzugsweise um ein regelmäßiges Vieleck. Insbesondere kann eine teilweise kreisförmige Form eine weitestgehend runde Gestalt aufweisen, vorzugsweise eine konvexe Figur, beispielsweise eine Ellipse, ein Oval, ein Kreis oder einen Ausschnitt daraus.
Weiterhin kann das erste Geberrad über ein Verbindungselement mit dem rotierenden Element verbunden sein. Insbesondere kann es sich bei dem Verbindungselement um eine Hülse, beispielsweise eine ganz oder teilweise in Umfangsrichtung geschlossene Hülse, einen Steg und/oder ein beliebiges anderes Element handeln, welches eingerichtet ist eine rotationsstarre Verbindung zwischen dem ersten Geberrad und dem rotierenden Element, insbesondere mit einem Teil des rotierenden Elements, beispielsweise mit dem ersten Teil des rotierenden Elements oder mit dem Torsionselement, zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Verbindungselement Teil des ersten Geberrads sein. Insbesondere kann das erste Geberrad das Verbindungselement umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Geberrad über ein Verbindungselement mit dem rotierenden Element verbunden sein. Insbesondere kann es sich bei dem Verbindungselement um eine Hülse, beispielsweise eine ganz oder teilweise in Umfangsrichtung geschlossene Hülse, einen Steg und/oder ein beliebiges anderes Element handeln, welches eingerichtet ist eine rotationsstarre Verbindung zwischen dem zweiten Geberrad und dem rotierenden Element, insbesondere mit einem Teil des rotierenden Elements, beispielsweise mit dem zweiten Teil des rotierenden Elements oder mit dem Torsionselement, zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Verbindungselement Teil des zweiten Geberrads sein. Insbesondere kann das zweite Geberrad das Verbindungselement umfassen.
Weiterhin können die Profilsegmente, insbesondere das mindestens eine Profilsegment des ersten Geberradprofils und das mindestens eine erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils und das mindestens eine zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils, jeweils mindestens vier Kanten aufweisen. Insbesondere können die Profilsegmente jeweils durch vier Kanten begrenzt sein. Insbesondere kann jede der mindestens vier Kanten jeweils eine gerade oder eine gekrümmte Form aufweisen, also beispielsweise gerade oder gekrümmt ausgeführt sein. Beispielsweise können die Profilsegmente dabei mindestens zwei radial bezüglich der Rotationsachse, insbesondere bezüglich der Rotationsachse des rotierenden Elements, verlaufende Kanten und mindestens zwei kreisbogenförmig oder ebenfalls gerade verlaufende Kanten aufweisen. Die kreisbogenförmigen Kanten können insbesondere einen Ausschnitt aus einer Kreisbahn umfassen, wobei der Mittelpunkt des zugehörigen Kreises auf der Rotationsachse, insbesondere auf der Rotationsachse des rotierenden Elements, beispielsweise im Mittelpunkt des Geberrads, angeordnet ist. Insbesondere können die Profilsegmente jeweils als Kreisringsegment ausgebildet sein.
Insbesondere kann das Profilsegment des ersten Geberrads in mindestens eine Richtung eine Ausdehnung e aufweisen. Vorzugsweise kann das Profilsegment in radiale Richtung bezüglich der Rotationsachse, insbesondere in radiale Richtung bezüglich des Mittelpunkts des mit dem rotierenden Element verbindbaren ersten Geberrads, die Ausdehnung e aufweisen. Insbesondere können die zwei radial gerade verlaufenden Kanten des Profilsegments die Ausdehnung e aufweisen. Beispielsweise können die beiden die Ausdehnung e aufweisenden Kanten in einem Winkel α zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise können die beiden die Ausdehnung e aufweisenden Kanten bezüglich der Rotationsachse den Winkel α einschließen. Beispielsweise kann 0° < α ≤ 20° sein, vorzugsweise 1° ≤ α ≤ 15°, bevorzugt 2° ≤ α ≤ 12°, besonders bevorzugt 3° ≤ α ≤ 10°.
Beispielsweise kann das erste Geberradprofil eine Mehrzahl von Profilsegmenten aufweisen. Vorzugsweise können alle Profilsegmente des ersten Geberradprofils radial um die Rotationsachse, beispielsweise in Umfangsrichtung des ersten Geberrads, angeordnet sein. Insbesondere können die Profilsegmente derart angeordnet sein, dass zwei benachbarte Profilsegmente jeweils um einen Winkel φ um die Rotationsachse gedreht zueinander angeordnet sind.
Beispielsweise kann das zweite Geberradprofil eine Mehrzahl von Profilsegmentpaaren, beispielsweise eine Mehrzahl von jeweils paarweise angeordneten ersten und zweiten Profilsegmenten, aufweisen. Vorzugsweise können die paarweise angeordneten ersten und zweiten Profilsegmente, beispielsweise die Profilsegmentpaare, des zweiten Geberradprofils radial um die Rotationsachse, beispielsweise in Umfangsrichtung des zweiten Geberrads, angeordnet sein. Insbesondere können die Profilsegmente derart angeordnet sein, dass zwei benachbarte Profilsegmentpaare jeweils um einen Winkel φ um die Rotationsachse gedreht zueinander angeordnet sind.
Insbesondere kann das erste Profilsegment des zweiten Geberrads in mindestens eine Richtung eine Ausdehnung a aufweisen. Vorzugsweise kann das erste Profilsegment des zweiten Geberrads in radiale Richtung bezüglich der Rotationsachse, insbesondere in radiale Richtung bezüglich des Mittelpunkts des mit dem rotierenden Element verbindbaren zweiten Geberrads, die Ausdehnung a aufweisen. Insbesondere können die zwei radial gerade verlaufenden Kanten des ersten Profilsegments die Ausdehnung a aufweisen. Beispielsweise können die beiden die Ausdehnung a aufweisenden Kanten in einem Winkel β zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise können die beiden die Ausdehnung a aufweisenden Kanten bezüglich der Rotationsachse den Winkel β einschließen. Beispielsweise kann β = α sein. Beispielsweise kann 0° < β ≤ 20° sein, vorzugsweise 1° ≤ β ≤ 15°, bevorzugt 2° ≤ β ≤ 12°, besonders bevorzugt 3° ≤ β ≤ 10°.
Insbesondere kann das zweite Profilsegment des zweiten Geberrads in mindestens eine Richtung eine Ausdehnung b aufweisen. Vorzugsweise kann das zweite Profilsegment des zweiten Geberrads in radiale Richtung bezüglich der Rotationsachse, insbesondere in radiale Richtung bezüglich des Mittelpunkts des mit dem rotierenden Element verbindbaren zweiten Geberrads, die Ausdehnung b aufweisen. Insbesondere können die zwei radial gerade verlaufenden Kanten des ersten Profilsegments die Ausdehnung b aufweisen. Beispielsweise können die beiden die Ausdehnung b aufweisenden Kanten in einem Winkel γ zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise können die beiden die Ausdehnung b aufweisenden Kanten bezüglich der Rotationsachse den Winkel γ einschließen. Beispielsweise kann γ = β sein. Beispielsweise kann 0° < γ ≤ 20° sein, vorzugsweise 1° ≤ γ ≤ 15°, bevorzugt 2° ≤ γ ≤ 12°, besonders bevorzugt 3° ≤ γ ≤ 10°.
Weiterhin kann das erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils zu dem zweiten Profilsegment des zweiten Geberradprofils winkelversetzt angeordnet sein. Insbesondere kann das erste Profilsegment zu dem zweiten Profilsegment desselben Profilsegmentpaares winkelversetzt angeordnet sein. Beispielsweise kann das erste Profilsegment zu dem zweiten Profilsegment winkelversetzt bezüglich der Rotationsachse angeordnet sein. Insbesondere kann das erste Profilsegment gegenüber dem zweiten Profilsegment in Umfangsrichtung verschoben, insbesondere versetzt, angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich bei der Umfangsrichtung um eine Umfangsrichtung des um die Rotationsachse rotierenden Elements handeln. Insbesondere kann die Umfangsrichtung auch eine Kreisbahn um die Rotationsachse, insbesondere eine Kreisbahn um das zweite Geberrad, sein. Beispielsweise kann das erste Profilsegment gegenüber dem zweiten Profilsegment einen Versatz, beispielsweise einen Winkelversatz, aufweisen, insbesondere entlang der Kreisbahn um die Rotationsachse verschoben angeordnet sein.
Vorzugsweise können das erste Profilsegment und das zweite Profilsegment, insbesondere das erste und zweite Profilsegment desselben Profilsegmentpaares, derart winkelversetzt zueinander angeordnet sein, dass jeweils eine Kante, insbesondere genau eine Kante des ersten Profilsegments und genau eine Kante des zweiten Profilsegments, fluchtend, beispielsweise in radiale Richtung fluchtend, angeordnet sind. Insbesondere kann eine Kante des ersten Profilsegments des zweiten Geberrads, insbesondere eine der Kanten der Ausdehnung a, und eine Kante des zweiten Profilsegments des zweiten Geberrads, insbesondere eine der Kanten der Ausdehnung b, in radiale Richtung fluchtend angeordnet sein. Insbesondere können die Kante der Ausdehnung a und die Kante der Ausdehnung b auf einer gemeinsamen Gerade liegen, insbesondere auf einer sich von der Rotationsachse orthogonal, beispielsweise radial, erstreckenden Gerade. Beispielsweise kann 0 mm < b ≤ 30 mm sein, vorzugsweise 1 mm ≤ b ≤ 20 mm, bevorzugt 2 mm ≤ b ≤ 15 mm, besonders bevorzugt 3 mm ≤ b ≤ 10 mm. Insbesondere kann die Ausdehnung a einen Toleranzfaktor a_tol aufweisen. Beispielsweise kann 0 < a_tol < 1 sein, vorzugsweise 0,01 ≤ a_tol ≤ 0,9, bevorzugt 0,05 ≤ a_tol ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0,1 ≤ a_tol ≤ 0,3. Insbesondere kann die Ausdehnung b einen Toleranzfaktor b_tol aufweisen. Beispielsweise kann 0 < b_tol < 1 sein, vorzugsweise 0,01 ≤ b_tol ≤ 0,9, bevorzugt 0,05 ≤ b_tol ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0,1 ≤ b_tol ≤ 0,3.
Das erste Profilsegment kann in radialer Richtung im Abstand c zu dem zweiten Profilsegment angeordnet sein. Insbesondere kann ein Abstand c zwischen dem ersten und dem zweiten Profilsegment existieren. Beispielsweise kann der Abstand c eine Ausdehnung in radialer Richtung aufweisen, insbesondere in radialer Richtung des zweiten Geberrads, beispielsweise in radialer Richtung des rotierenden Elements von der Rotationsachse aus. Insbesondere kann es sich bei dem Abstand c um einen minimalen Abstand zwischen dem ersten Profilsegment des zweiten Geberradprofils und dem zweiten Profilsegment des zweiten Geberradprofils handeln. Beispielsweise kann 0 mm < c ≤ 10 mm sein, vorzugsweise 0,5 mm ≤ c ≤ 7 mm, bevorzugt 0,7 mm ≤ a ≤ 5 mm, besonders bevorzugt 1 mm ≤ a ≤ 3 mm.
Insbesondere kann der oben eingeführte Abstand g, insbesondere der Abstand g zwischen der Rotationsachse und dem ersten Profilsegment des zweiten Geberradprofils, einer Addition des Abstands d, insbesondere des Abstands d zwischen der Rotationsachse und dem zweiten Profilsegment des zweiten Geberrads, des Abstands c und der Ausdehnung b des zweiten Profilsegments entsprechen. Beispielsweise kann folgender Zusammenhang, welcher insbesondere auch als Gleichung (1) bezeichnet werden kann, gelten: $g = d + c + b + b * b_tol$
Weiterhin kann das erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils eine Fläche A1 aufweisen. Insbesondere kann das zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils eine Fläche A2 aufweisen. Beispielsweise können die mindestens vier Kanten des ersten Profilsegments eine Fläche A1 einschließen. Beispielsweise können die mindestens vier Kanten des zweiten Profilsegments eine Fläche A2 einschließen. Insbesondere können die beiden Flächen, insbesondere die Fläche A1 des ersten Profilsegments und die Fläche A2 des zweiten Profilsegments, im Wesentlichen gleich groß sein. Beispielsweise können die im Wesentlichen gleich großen Flächen A1 und A2 eine maximale Abweichung von 10% aufweisen, vorzugsweise eine maximale Abweichung von 5%, besonders bevorzugt eine maximale Abweichung von 3%.
Beispielsweise kann für die Abmessungen der Profilsegmente, insbesondere für das Verhältnis der Kantenlängen a und b sowie für die Abstände b, c und d folgender Zusammenhang, welcher insbesondere auch als Gleichung (2) bezeichnet werden kann, existieren: $a / b = (d + (b / 2)) / ((a / 2) + b + c + d)$
Weiterhin können die Profilsegment der Geberradprofile als Aussparungen, beispielsweise als Loch, bevorzugt als Ausschnitt, ausgebildet sein. Insbesondere kann das Profilsegment des ersten Geberradprofils als Aussparung ausgebildet sein. Insbesondere können das erste Profilsegment und/oder das zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils als Aussparung ausgebildet sein.
Weiterhin können sich in mindestens einer Winkelstellung eine Projektion des Profilsegments des ersten Geberradprofils und mindestens eine Projektion des ersten Profilsegments des zweiten Geberradprofils und/oder des zweiten Profilsegments des zweiten Geberradprofils ganz oder teilweise überdecken. Insbesondere kann eine Projektion des Profilsegments des ersten Geberradprofils in Richtung der Rotationsachse, beispielsweise eine Projektion entlang der Rotationsachse, mindestens eine Projektion des ersten Profilsegments und/oder eine Projektion des zweiten Profilsegments des zweiten Geberradprofils in Richtung der Rotationsachse, beispielsweise eine Projektion entlang der Rotationsachse, ganz oder teilweise überdecken, beispielsweise überlagern.
Das Sensorelement kann beispielsweise räumlich fixiert sein. Insbesondere kann das Sensorelement derart räumlich fixiert sein, dass das Sensorelement, im Gegensatz zu dem rotierenden Element, nicht um die Rotationsachse, insbesondere nicht um die Rotationsachse des rotierenden Elements, drehbar ist. Beispielsweise kann das Sensorelement derart angeordnet sein, um nicht um die Rotationsachse drehbar zu sein. Das Sensorelement kann beispielsweise eine Öffnung, beispielsweise ein Loch, aufweisen. Insbesondere kann die Öffnung eingerichtet sein, um ein Durchführen des rotierenden Elements durch das Sensorelement zu ermöglichen, insbesondere um ein hindurchragen des rotierenden Elements durch das Sensorelement zu erlauben. Das Sensorelement kann insbesondere einen Schaltungsträger aufweisen. Beispielsweise kann der Schaltungsträger als Leiterplatte, beispielsweise als Sensorleiterplatte, ausgeführt sein. Der Schaltungsträger kann insbesondere eingerichtet sein, um ein oder mehrere Schaltungselemente, beispielsweise eine oder mehrere elektrische Leitungen, vorzugsweise Elemente einer oder mehrerer Spulen, darauf anzuordnen, insbesondere zu befestigen.
Das Sensorelement kann weiterhin mindestens eine Erregerspule und mindestens eine erste Empfängerspule und mindestens eine zweite Empfängerspule aufweisen. Die mindestens eine erste Empfängerspule kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein erstes Signal, beispielsweise ein Messsignal, zu generieren. Vorzugsweise kann das mindestens eine erste Signal ein elektrisches Signal, insbesondere ein elektrisches Sensorsignal, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom sein. Weiterhin kann die mindestens eine zweite Empfängerspule insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein zweites Signal, beispielsweise ein Messsignal, zu generieren. Vorzugsweise kann auch das mindestens eine zweite Signal ein elektrisches Signal, insbesondere ein elektrisches Sensorsignal, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom sein. Die mindestens eine Erregerspule kann insbesondere eingerichtet sein, um mit einer Spannung beaufschlagt zu werden. Vorzugsweise kann die mindestens eine Erregerspule eingerichtet sein, um mit einer Wechselspannung beaufschlagt zu werden. Insbesondere können die mindestens eine Erregerspule und die mindestens zwei Empfängerspulen auf dem Schaltungsträger angeordnet sein. Beispielsweise können die Erregerspule und die beiden Empfängerspulen auch in mehreren Ebenen, insbesondere in mehreren parallel ausgeführten Ebenen, angeordnet sein, beispielsweise um unerwünschte Kontaktierungen, insbesondere unerwünschte elektrische Kontaktierungen, zu vermeiden. Weiterhin können die mindestens eine mit Spannung, vorzugsweise Wechselspannung, beaufschlagte Erregerspule und die mindestens zwei Empfängerspulen derart auf dem Schaltungsträger angeordnet sein, um eine Induktion in den Empfängerspulen zu ermöglichen, insbesondere um eine Spannungsinduktion in den Empfängerspulen zu ermöglichen. Insbesondere kann die mindestens eine Erregerspule derart auf dem Schaltungsträger angeordnet sein, um die mindestens zwei Empfängerspulen, vorzugsweise in mindestens einer Ebene, ganz oder teilweise zu umschließen.
Die mindestens eine erste Empfängerspule und die mindestens eine zweite Empfängerspule können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer aufgewickelten rechteckförmigen Spule und einer aufgewickelten elliptischen Spule. Beispielsweise kann die erste Empfängerspule eine erste Spulenbreite B1 aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Empfängerspule eine zweite Spulenbreite B2 aufweisen. Insbesondere kann es sich bei der Spulenbreite um eine Breite der rechteckförmigen oder elliptischen Spule, beispielsweise ein Abstand zwischen zwei Abschnitten eines Spulenelements einer Spule, beispielsweise um einen Abstand zwischen zwei Abschnitten eines Spulendrahtes, beispielsweise einem Draht der Spule, handeln. Die Spulenbreite kann insbesondere ein innerhalb einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse liegender Abstand sein. Beispielsweise kann die erste Spulenbreite B1 angepasst sein an die Abmessungen, beispielsweise an die radiale Ausdehnung, des ersten Profilsegments des zweiten Geberrads. Insbesondere kann die erste Spulenbreite B1 abhängig von der Kantenlänge a des ersten Profilsegments sein. Beispielsweise kann 0,1 a ≤ B1 ≤ 1,9 a, bevorzugt 0,5 a ≤ B1 ≤ 1,5 a, mehr bevorzugt 0,7 a ≤ B1 ≤ 1,3 a, besonders bevorzugt 0,9 a ≤ B1 ≤ 1,1 a sein. Beispielsweise kann die zweite Spulenbreite B2 angepasst sein an die Abmessungen, beispielsweise an die radiale Ausdehnung, des zweiten Profilsegments des zweiten Geberrads. Insbesondere kann die zweite Spulenbreite B2 abhängig sein von der Kantenlänge b des zweiten Profilsegments. Beispielsweise kann 0,1 b ≤ B2 ≤ 1,9 b, bevorzugt 0,5 b ≤ B2 ≤ 1,5 b, mehr bevorzugt 0,7 b ≤ B2 ≤ 1,3 b, besonders bevorzugt 0,9 b ≤ B2 ≤ 1,1 b sein.
Insbesondere kann ein erster mittlerer Aufwicklungsradius r1 der ersten Empfängerspule, beispielsweise ein mittlerer Radius der Aufwicklung der ersten Empfängerspule, abhängig sein von der Geometrie der Geberräder, insbesondere von den Abmessungen des ersten Geberradprofils und/oder des zweiten Geberradprofils. Beispielsweise kann für den Aufwicklungsradius r1 der ersten Empfängerspule und die Abmessungen des zweiten Geberradprofils folgender Zusammenhang, welcher insbesondere auch als Gleichung (3) bezeichnet werden kann, existieren: $r 1 = (a / 2) + b + c + d$
Unter einem „Aufwicklungsradius“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Abstand zwischen einem Spulenelement, insbesondere einem Spulendraht, beispielsweise einem Draht der Spule, und einem Zentrum der Spule, insbesondere einem Mittelpunkt der Spule, verstanden werden. Beispielsweise kann unter einem mittleren Aufwicklungsradius ein gemittelter Aufwicklungsradius, insbesondere ein durchschnittlicher Aufwicklungsradius, verstanden werden. Insbesondere kann das Zentrum der Spule auf der Rotationsachse des rotierenden Elements liegen. Beispielsweise kann der mittlere Aufwicklungsradius dem mittleren Abstand zwischen der Rotationsachse und dem Spulenelement entsprechen.
Insbesondere kann ein zweiter mittlerer Aufwicklungsradius r2 der zweiten Empfängerspule, beispielsweise ein mittlerer Radius der Aufwicklung der zweiten Empfängerspule, abhängig sein von der Geometrie der Geberräder, insbesondere von den Abmessungen des ersten Geberradprofils und/oder des zweiten Geberradprofils. Beispielsweise kann für den Aufwicklungsradius r2 der zweiten Empfängerspule und die Abmessungen des zweiten Geberradprofils folgender Zusammenhang, welcher insbesondere auch als Gleichung (4) bezeichnet werden kann, existieren: $r 2 = (b / 2) + d$
Das Sensorsystem kann weiterhin eine Auswerteeinheit umfassen. Die Auswerteeinheit kann insbesondere eingerichtet sein, um die Signale des Sensorelements auszuwerten, beispielsweise das erste Signal, insbesondere das mittels der ersten Empfängerspule generierte erste Signal, und das zweite Signal, insbesondere das mittels der zweiten Empfängerspule generierte zweite Signal. Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Gleichrichter aufweisen. Beispielsweise einen Gleichrichter welcher eingerichtet ist, um wechselnde Signale zu glätten, insbesondere um eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Vorzugsweise kann der Gleichrichter eingerichtet sein, um das mindestens eine erste Signal und das mindestens eine zweite Signal gleichzurichten. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit weiterhin eingerichtet sein, um aus dem ersten Signal, insbesondere dem mittels der ersten Empfängerspule generierten ersten Signal, und dem zweiten Signal, insbesondere dem mittels der zweiten Empfängerspule generierten zweiten Signal, die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Vorzugsweise kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um aus dem gleichgerichteten ersten Signal und aus dem gleichgerichteten zweiten Signal die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Beispielsweise kann die mindestens eine Rotationseigenschaft, beispielsweise das Drehmoment, mittels einer Berechnungsvorschrift bestimmt werden.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit eingerichtet, um das Drehmoment des rotierenden Elements über eine zu dem Drehmoment proportionale Größe M mittels der folgenden Berechnungsvorschrift, welche insbesondere auch als Gleichung (5) bezeichnet werden kann, aus dem gleichgerichteten ersten Signal, beispielsweise der ersten Spannung S1, und dem gleichgerichteten zweiten Signal, beispielsweise der zweiten Spannung S2, zu bestimmen: $M = (S 1 - S 2) / (S 1 + S 2)$
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten, auch weitere hier nicht aufgeführte Verfahrensschritte umfassen.
Die Verfahrensschritte sind:

a) Bereitstellen eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
b) Erfassen des ersten Signals und des zweiten Signals des Sensorelements; und
c) Bestimmen der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements.

Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, also insbesondere gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und/oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen des Sensorsystems. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorsystems verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Insbesondere kann der Verfahrensschritt c) Bestimmen der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements folgende Teilschritte umfassen:

c1) Umwandeln des ersten Signals in eine erste Spannung S1;
c2) Umwandeln des zweiten Signals in eine zweite Spannung S2; und
c3) Berechnen der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements, beispielsweise durch: (S1-S2)/(S1+S2).

Insbesondere kann das Umwandeln des ersten Signals in eine erste Spannung S1 mittels der Auswerteeinheit des Sensorsystems, beispielsweise mittels des Gleichrichters der Auswerteeinheit, erfolgen. Insbesondere kann das Umwandeln des zweiten Signals in eine zweite Spannung S2 mittels der Auswerteeinheit des Sensorsystems, beispielsweise mittels des Gleichrichters der Auswerteeinheit, erfolgen.
Vorteile der Erfindung
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere ist es möglich, dass die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren eine Unempfindlichkeit gegenüber herstellungs- und betriebsbedingt auftretenden Toleranzen aufweist. Insbesondere kann es möglich sein, dass das vorgeschlagene Sensorsystem toleranzrobust und temperaturstabil ist, beispielsweise aufgrund von Kompensationsstrukturen. Insbesondere kann es sein, dass die Bestimmung der wenigstens einen Rotationseigenschaft weitgehend unabhängig von Fertigungs- und Montagetoleranzen ist. Insbesondere kann es sein, dass die Bestimmung der Rotationseigenschaft, beispielsweise die ratiometrische Bestimmung, beispielsweise die ratiometrische Berechnung, zu einer Unabhängigkeit des Messsignals führt, insbesondere des Signals, vom Abstand zwischen Sensorelement und Geberrädern.
Beispielsweise könnte die Bestimmung der Rotationseigenschaft unabhängig sein von einer möglichen Lageabweichung, insbesondere von einer schrägen Montage der Geberräder, beispielsweise des zweiten Geberrads. Insbesondere könnte die Anordnung der Spulen des Sensorelements, beispielsweise die Spulenstruktur des Sensorelements, beispielsweise die weitgehend rotationssymmetrische Spulenstruktur des Sensorelements, zu einer Unabhängigkeit der Messsignale des Sensorelements, insbesondere des Sensorsignals, von einer möglichen schrägen Montage der Geberräder, insbesondere des zweiten Geberrads, führen. Beispielsweise kann es möglich sein, dass die Spulenstruktur des Sensorelements zu einer Unabhängigkeit der Messsignale führt, insbesondere zu einer Unabhängigkeit des Sensorsignals, vom Drehwinkel der Geberräder, beispielsweise vom Drehwinkel des zweiten Geberrads, insbesondere vom Drehwinkel des zweiten Teils des rotierenden Elements. Weiterhin könnte die vorgeschlagene Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen kostengünstiger sein, insbesondere da das vorgeschlagene Sensorsystem lediglich ein Sensorelement, beispielsweise lediglich einen Sensor, benötigt. Beispielsweise könnte eine einfache Auswertung der Signale, beispielsweise eine sehr einfache Sensorauswertung, in der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren verwendet werden, insbesondere da vorzugsweise auf aufwändige Berechnungen verzichtet werden kann, beispielsweise da keine aufwändige Berechnung erfolgen muss. Insbesondere kann es sein, dass die vorgeschlagene Vorrichtung einen im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen geringeren Bauraum benötigt. Insbesondere kann es möglich sein, dass ein einfaches Messprinzip, insbesondere ein im Bezug zu bekannten Vorrichtungen einfacheres Messprinzip, von dem vorgeschlagenen Sensorsystem und dem vorgeschlagenen Verfahren benutz wird. Weiterhin kann es sein, dass es sich bei dem vorgeschlagenen Verfahren um ein einfach umsetzbares Redundanzkonzept handelt.
Beispielsweise kann das vorgeschlagene Sensorsystem eine sehr hohe Sensitivität aufweisen, insbesondere eine im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen höhere Sensitivität. Weiterhin kann es möglich sein, dass die Bestimmung der Rotationseigenschaft, beispielsweise das Messprinzip, unabhängig ist von vielen Fremdeinflüssen wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Schmierstoffen und Störfeldern.
Figurenliste
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht;
2 und 3 Vorderansichten von schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Geberrädern zur Verwendung in dem Sensorsystem;
4A bis 4C Ausschnitte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Vorderansicht;
5A und 5B schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen eines Sensorelements zur Verwendung in dem Sensorsystem; und
6 ein Schaubild eines gemessenen Signalverlaufs eines Ausführungsbeispiels eines Sensorelements zur Verwendung in dem Sensorsystem.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensorsystems 110 zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements 114 dargestellt. Das Sensorsystem 110 kann insbesondere zum Einsatz im Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann das Sensorsystem 110 zu Erfassung mindestens einer Rotationseigenschaft einer Lenkstange eingerichtet sein. Beispielsweise kann das Sensorsystem 110 eingerichtet sein ein Drehmoment der Lenkstange zu erfassen. Dementsprechend kann es sich bei dem rotierenden Element 114 um eine Lenkstange handeln.
Das Sensorsystem 110 kann, neben den in 1 dargestellten Elementen, weiterhin ein oder mehrere zusätzliche Elemente umfassen, beispielsweise ein oder mehrere in den Figuren nicht dargestellte weitere Funktionselemente, wie beispielsweise Elektroden, Elektrodenzuleitungen und Kontakte, mehrere Schichten, Stromleitungen, Übertragungselemente, beispielsweise Strukturen zur Informationsübertragung zwischen den einzelnen Elementen des Sensorsystems 110 oder andere Elemente, wie beispielsweise in dem oben genannten Stand der Technik gezeigt.
Das Sensorsystem 110 weist mindestens ein Torsionselement 116 auf, welches eingerichtet ist mindestens einen ersten Teil 118 des rotierenden Elements 114 und mindestens einen zweiten Teil 120 des rotierenden Elements 114 zu verbinden. Das Sensorsystem 110 umfasst weiterhin mindestens ein erstes Geberrad 122 und ein zweites Geberrad 124. Das erste Geberrad 122 ist dabei in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem ersten Teil 118 des rotierenden Elements 114 verbunden. Beispielsweise kann das erste Geberrad 122 über ein Verbindungselement 126, insbesondere ein als Hülse ausgestaltetes Verbindungselement 126, mit dem ersten Teil 118 des rotierenden Elements 114 verbunden sein. Weiterhin ist das zweite Geberrad 124 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem zweiten Teil 120 des rotierenden Elements 114 verbunden. Das Sensorsystem 110 umfasst weiterhin mindestens ein Sensorelement 128, wobei das Sensorelement 128, wie in 1 dargestellt ist, das rotierenden Element 114 umgeben oder umschließen kann, jedoch nicht mit dem rotierenden Element 114 verbunden ist. Weiterhin können das erste Geberrad 122 und das zweite Geberrad 124 einen Abstand D zueinander aufweisen, wobei 0 < D ≤ 5000 µm, insbesondere 0 < D ≤ 1000 µm, bevorzugt 0 < D ≤ 500 µm, besonders bevorzugt 0 < D ≤ 100 µm.
Das Sensorsystem 110 kann weiterhin eine Auswerteeinheit 117, beispielsweise umfassend einen Gleichrichter 121, aufweisen. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um die Signale des Sensorelements 128 auszuwerten.
2 illustriert ein Ausführungsbeispiel eines ersten Geberrads 122, welches ein erstes Geberradprofil 130 mit mindesten einem im Abstand f radial um die Rotationsachse 112 angeordneten Profilsegment 132 aufweist. Beispielsweise kann f = d - b*b_tol sein. Die Profilsegmente 132 können beispielsweise vier Kanten aufweisen, insbesondere können die Profilsegmente 132 jeweils durch vier Kanten begrenz sein. Beispielsweise können zwei der vier Kanten eine Ausdehnung e in radiale Richtung aufweisen. Beispielsweise kann e = a + b + c + a*a_tol + b*b_tol sein. Insbesondere können die beiden eine Ausdehnung e aufweisenden Kanten jeweils eines Profilsegments 132 einen Winkel α einschließen. Insbesondere können die beiden eine Ausdehnung e aufweisenden Kanten des Profilsegments 132 bezüglich der Rotationsachse 112 einen Winkel α aufspannen. Beispielsweise können zwei benachbarte Profilsegmente 132 um einen Winkel φ um die Rotationsachse 112 gedreht zueinander angeordnet sein. Das Geberrad 122 kann insbesondere eine zumindest teilweise kreisförmige Form aufweisen.
3 illustriert ein Ausführungsbeispiel eines zweiten Geberrads 124, welches ein zweites Geberradprofil 134 aufweist und beispielsweise eine zumindest teilweise kreisförmige Form aufweist. Das zweite Geberradprofil 134 umfasst mindestens ein im Abstand g radial um die Rotationsachse 112 angeordnetes erstes Profilsegment 136 und mindestens ein im Abstand d ≠ g um die Rotationsachse 112 angeordnetes zweites Profilsegment 138. Die ersten Profilsegmente 136 und die zweiten Profilsegmente 138 können beispielsweise jeweils vier Kanten aufweisen, insbesondere jeweils durch vier Kanten begrenzt sein. Beispielsweise können zwei der vier Kanten des ersten Profilsegments 136 eine Ausdehnung a in radiale Richtung aufweisen. Insbesondere können die beiden eine Ausdehnung a aufweisenden Kanten jeweils eines ersten Profilsegments 136 einen Winkel β einschließen, beispielsweise bezüglich der Rotationsachse 112 den Winkel β aufspannen. Beispielsweise können zwei der vier Kanten des zweiten Profilsegments 138 eine Ausdehnung b in radiale Richtung aufweisen. Insbesondere können die beiden eine Ausdehnung b aufweisenden Kanten jeweils eines zweiten Profilsegments 138 einen Winkel γ einschließen, beispielsweise bezüglich der Rotationsachse 112 den Winkel γ aufspannen. Insbesondere können die ersten Profilsegmente 136 und zweiten Profilsegmente 138 jeweils paarweise, insbesondere in Profilsegmentpaaren, angeordnet sein. Vorzugsweise können zwei benachbarte Profilsegmentpaare um einen Winkel φ um die Rotationsachse gedreht zueinander angeordnet sein.
Wie in 3 illustriert ist, kann das erste Profilsegment 136 zu dem zweiten Profilsegment 138 winkelversetzt, insbesondere winkelversetzt bezüglich der Rotationsachse 112, angeordnet sein. Vorzugsweise kann das erste Profilsegment 136 zu dem zweiten Profilsegment 138 derart winkelversetzt angeordnet sein, dass eine der beiden Kanten der Ausdehnung a des ersten Profilsegments 136, beispielsweise ein erste Fluchtkante 140, und eine der beiden Kanten der Ausdehnung b des zweiten Profilsegments 138, beispielsweise eine zweite Fluchtkante 142, in radiale Richtung fluchtend angeordnet sind.
Weiterhin kann beispielsweise das erste Profilsegment 136 von dem zweiten Profilsegment 138 in radialer Richtung in einem Abstand c angeordnet sein. Insbesondere kann somit der in Gleichung (1) beschriebene Zusammenhang g = d + c + b + b*b_tol gelten. Insbesondere kann das erste Profilsegment 136 des zweiten Geberradprofils 134 eine Fläche A1 aufweisen. Beispielsweise können die vier Kanten des ersten Profilsegments 136 die Fläche A1 einschließen. Weiterhin kann das zweite Profilsegment 138 des zweiten Geberradprofils 134 eine Fläche A2 aufweisen. Beispielsweise können die vier Kanten des zweiten Profilsegments 138 die Fläche A2 einschließen. Insbesondere können die Flächen A1 und A2 im Wesentlichen gleich groß sein, was beispielsweise zu dem in Gleichung (2) aufgestellten Zusammenhang a/b = (d+(b/2))/((a/2)+b+c+d) zwischen dem Verhältnis der Kantenlängen a und b sowie den Abständen b, c und d führen kann.
In den 4A, 4B und 4C sind Ausschnitte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems gezeigt. Insbesondere ist eine Überlagerung des Profilsegments 132 des ersten Geberrads 122 mit dem ersten Profilsegment 136 und dem zweiten Profilsegment 138 des zweiten Geberrads 124 illustriert. Beispielsweise sind in den 4A, 4B und 4C Überdeckungen der Projektionen der Profilsegmente der mindestens zwei Geberräder illustriert.
4A und 4C zeigen Überlagerungen der Profilsegmente von gegeneinander verdrehten Geberrädern, beispielsweise von einem gegenüber dem ersten Geberrad 122 verdrehten zweiten Geberrad 124. In der in 4A dargestellten Überlagerung ist insbesondere das zweite Geberrad 124 derart gegenüber dem ersten Geberrad 122 verdreht, dass eine Überlagerung des zweiten Profilsegments 138 des zweiten Geberrads 124 durch das Profilsegment 132 des ersten Geberrads 122 zu erkennen ist. Die in 4A schraffierte Fläche kennzeichnet den Bereich der Überlagerung. Sind die beiden Profilsegmente, insbesondere das erste Profilsegment 136 und das zweite Profilsegment 138 des zweiten Geberrads 124 und das Profilsegment 132 des ersten Geberrads 122, als Aussparungen ausgebildet, so überlagern sich die beiden Aussparungen des ersten Profilsegments 136 und des Profilsegments 132 in dem in 4A schraffierten Bereich, wodurch ein durch beide Geberräder führender Durchbruch, beispielsweise eine Aussparung, insbesondere ein Loch ähnlich einer Fensterhöhle, entsteht. Insbesondere kann in dem Bereich der Überlagerung der Aussparungen eine beispielsweise durch das Sensorelement registrierbare, von den übrigen Bereichen der Geberräder verschiedene, elektrische Leitfähigkeit vorhanden sein. Beispielsweise kann die in 4A illustrierte Überlagerung bei einer Belastung des rotierenden Elements durch ein gegen den Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auftreten.
In der in 4B dargestellten Überlagerung ist beispielsweise das erste Geberrad 122 gegenüber dem zweiten Geberrad 124 derart angeordnet, dass das Profilsegment 132 des ersten Geberrads 122 teilweise durch das erste Profilsegment 136 und teilweise durch das zweite Profilsegment 138 des zweiten Geberrads 124 überlagert ist. Insbesondere kennzeichnen die in 4B schraffierten Flächen die Bereiche der Überlagerung. Insbesondere kann das Profilsegment 132 genau die Hälfte der Fläche des ersten Profilsegments 136 und genau die Hälfte des zweiten Profilsegments 138 überlagern. Beispielsweise können die beiden überlagerten Bereiche, insbesondere die beiden schraffierten Flächen gleich groß sein, insbesondere in dem in 4B dargestellten Zustand der beiden Geberräder, beispielsweise in der in 4B dargestellten Anordnung des ersten Geberrads 136 gegenüber dem zweiten Geberrad 138. Insbesondere kann in dem Bereich der Überlagerung eine beispielsweise durch das Sensorelement registrierbare, von den übrigen Bereichen der Geberräder verschiedene, elektrische Leitfähigkeit vorhanden sein. Beispielsweise kann der in 4 dargestellte Zustand der beiden Geberräder, insbesondere die dargestellte Überlagerung, in einem unbelasteten Zustand des rotierenden Elements, beispielweise in einem Stillstand des rotierenden Elements, auftreten. In der in 4C dargestellten Überlagerung ist insbesondere das zweite Geberrad 124 gegenüber dem ersten Geberrad 122 derart verdreht, dass eine Überlagerung des ersten Profilsegments 136 des zweiten Geberrads 124 durch das Profilsegment 132 des ersten Geberrads 122 zu erkennen ist. Die in 4C schraffierte Fläche kennzeichnet diesen Bereich der Überlagerung. Insbesondere kann in dem Bereich der Überlagerung eine beispielsweise durch das Sensorelement registrierbare, von den übrigen Bereichen der Geberräder verschiedene, elektrische Leitfähigkeit vorhanden sein. Beispielsweise kann die in 4C illustrierte Überlagerung bei einer Belastung des rotierenden Elements durch ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auftreten.
5A und 5B illustrieren schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsbeispielen eines Sensorelements 128. Insbesondere kann das Sensorelement 128 mindestens eine Erregerspule 144 und mindestens eine erste Empfängerspule 146 und mindestens eine zweite Empfängerspule 148 aufweisen. Beispielsweise können die Erregerspule 144 und die Empfängerspulen, auf einem Schaltungsträger 150, insbesondere auf einer Leiterplatte, angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Spulen in einer Ebene angeordnet, beispielsweise kann es sich bei den Spulen um Planarspulen handeln. Beispielsweise können wie in den 5A und 5B gezeigt, die Erregerspule 144 und die erste Empfängerspule 146 sowie die zweite Empfängerspule 148 derart auf dem Schaltungsträger 150 angeordnet sein, dass eine Beaufschlagung der Erregerspule 144 mit einer Wechselspannung zu einer Induktion in der ersten Empfängerspule 146 und eine Induktion in der zweiten Empfängerspule 148 zu bewirken. Insbesondere zu diesem Zweck können die Erregerspule 144 und die beiden Empfängerspulen derart angeordnet sein, dass die Erregerspule 144 die beiden Empfängerspulen ganz oder teilweise umschließt. Beispielsweise können die Erregerspule 144 sowie die erste Empfängerspule 146 und die zweite Empfängerspule 148 weiterhin ringförmig, insbesondere konzentrisch, um die Rotationsachse 112 angeordnet sein. Insbesondere können die Erregerspule 144 und/oder die erste Empfängerspule 146 und/oder die zweite Empfängerspule 146, anders als in den 5A und 5B dargestellt, auch mehrere Windungen aufweisen.
Die mindestens eine erste Empfängerspule 146 und die mindestens eine zweite Empfängerspule 148 können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer aufgewickelten rechteckförmigen Spule und einer aufgewickelten elliptischen Spule. Beispielsweise kann insbesondere die in 5A gezeigte Ausführungsform des Sensorelements 128 eine erste Empfängerspule 146 und eine zweite Empfängerspule 148 illustrieren, welche jeweils als rechteckförmige Spule, insbesondere als aufgewickelte rechteckförmige Spule, ausgeführt sind. Insbesondere kann die erste Empfängerspule 146 eine erste Spulenbreite B1 aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Empfängerspule 148 eine zweite Spulenbreite B2 aufweisen. Beispielsweise kann die in 5B gezeigte Ausführungsform des Sensorelements 128 eine erste Empfängerspule 146 und einer zweite Empfängerspule 148 illustrieren, welche jeweils als elliptische Spule, insbesondere als aufgewickelte elliptische Spule, ausgeführt sind. Insbesondere kann auch in diesem Ausführungsbeispiel die erste Empfängerspule 146 eine erste Spulenbreite B1 aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Empfängerspule 148 eine zweite Spulenbreite B2 aufweisen.
Beispielsweise kann die in den 5A und 5B illustrierte Spulenbreite B1 angepasst sein an die Abmessungen des zweiten Geberradprofils 134, insbesondere abhängig sein von der in 3 illustrierten Kantenlänge a des ersten Profilsegments 136. Beispielsweise kann 0,1 a ≤ B1 ≤ 1,9 a, bevorzugt 0,5 a ≤ B1 ≤ 1,5 a, mehr bevorzugt 0,7 a ≤ B1 ≤ 1,3 a, besonders bevorzugt 0,9 a ≤ B1 ≤ 1,1 a sein. Beispielsweise kann auch die in den 5A und 5B illustrierte Spulenbreite B2 angepasst sein an die Abmessungen des zweiten Geberradprofils 134, insbesondere abhängig sein von der in 3 illustrierten Kantenlänge b des zweiten Profilsegments 138. Beispielsweise kann 0,1 b ≤ B2 ≤ 1,9 b, bevorzugt 0,5 b ≤ B2 ≤ 1,5 b, mehr bevorzugt 0,7 b ≤ B2 ≤ 1,3 b, besonders bevorzugt 0,9 b ≤ B2 ≤ 1,1 b sein. Insbesondere kann der erste mittlere Aufwicklungsradius r1 der ersten Empfängerspule 146 angepasst sein an die Abmessungen des zweiten Geberradprofils 134. Beispielsweise kann der erste mittlere Aufwicklungsradius r1 = (a/2) + b + c + d sein. Insbesondere kann auch der zweite mittlere Aufwicklungsradius r2 der zweiten Empfängerspule 148 angepasst sein, an die Abmessungen des zweiten Geberradprofils 134. Beispielsweise kann der zweite mittlere Aufwicklungsradius r2 = (b/2) + d sein.
Das Sensorelement 128 kann weiterhin eine Öffnung 152 aufweisen, durch welche das in 1 illustrierte rotierende Element 114 durchgeführt werden kann. Die Öffnung 152 des Sensorelements 128 kann dabei insbesondere verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise eine eckige Form wie in 5A gezeigt, oder ein wie in 5B illustriert rund geformtes Loch.
Insbesondere kann die erste Empfängerspule 146 eingerichtet sein, um mindestens ein erstes Signal, insbesondere ein Messsignal, zu generieren. Vorzugsweise kann die in 1 dargestellte Auswerteeinheit 117, beispielsweise mittels des Gleichrichters 121, das erste Signal in eine erste Spannung S1 umwandeln. Beispielsweise kann die zweite Empfängerspule 148 eingerichtet sein, um mindestens ein zweites Signal, insbesondere ein Messsignal, zu generieren. Vorzugsweise kann die in 1 dargestellte Auswerteeinheit 117, beispielsweise mittels des Gleichrichters 121, das zweite Signal in eine zweite Spannung S2 umwandeln. Beispielsweise können die in der ersten Empfängerspule 146 und in der zweiten Empfängerspule 148 generierten Signale durch die Geberräder beeinflusst werden. Insbesondere können die in den Empfängerspulen induzierten Signale, beispielsweise durch das entlang der Rotationsachse 112 parallel zu dem Sensorelement 128 angeordnete erste Geberrad 122 sowie das ebenfalls entlang der Rotationsachse 112 parallel zu dem Sensorelement 128 angeordnete zweite Geberrad 124, beeinflusst werden. Insbesondere kann die in den 4A bis 4C illustrierten Überlagerungen der Profilsegmente des ersten Geberrads 122 und des zweiten Geberrads 124 die in den Empfängerspulen, insbesondere die in der ersten Empfängerspule 146 und in der zweiten Empfängerspule 148, induzierten Spannungen beeinflussen.
Beispielsweise kann eine Abdeckung mit einem leitfähigen Material, insbesondere eine Abdeckung durch die entlang der Rotationsachse 112 parallel zu dem Sensorelement angeordneten Geberräder, insbesondere eine Abdeckung durch die außerhalb der Profilsegmente übrigen Bereiche der Geberräder, eine Kopplung zwischen der Spannung in der Erregerspule 144 und den induzierten Spannungen in den Empfängerspulen verringern. Insbesondere kann die Kopplung zwischen der Erregerspule 144 und der ersten Empfängerspule 146 sowie zwischen der Erregerspule 144 und der zweiten Empfängerspule 148 mit steigender Abdeckung sinken, insbesondere kann bei vollständiger Abdeckung die Kopplung beispielsweise null sein.
Insbesondere können bei Abwesenheit der Geberräder, die Spannung S1 der ersten Empfängerspule 146 und die Spannung S2 der zweiten Empfängerspule 148 gleich groß sein, beispielsweise aufgrund des in Gleichung (2) beschriebenen Zusammenhangs.
6 zeigt ein Schaubild eines gemessenen Signalverlaufs eines Ausführungsbeispiels eines Sensorelements. Insbesondere kann aus dem Signalverlauf beispielsweise die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements bestimmbar sein. Beispielsweise kann die Spannung S1 der ersten Empfängerspule 146 und die Spannung S2 der zweiten Empfängerspule 148 gleich groß sein, in einem unbelasteten Zustand des rotierenden Elements, wie beispielsweise der in 4B dargestellten Überlagerung. Insbesondere der Kreuzungspunkt K der beiden in 6 dargestellten Verläufe der Spannungen S1 und S2, kann einen Stillstand des rotierenden Elements kennzeichnen, beispielsweise kann die Rotationseigenschaft, beispielsweise ein Drehmoment, wie in 6 illustriert, gleich null sein. Beispielsweise kann entlang der erste Achse 154 des in 6 illustrierten Schaubilds die relative Verdrehung des ersten Geberrads 122 gegenüber dem zweiten Geberrad 124 aufgetragen sein. Beispielsweise kann entlang der zweiten Achse 156 die Spannung aufgetragen sein. Insbesondere kann ein Anstieg der Spannung S1 mit einer gleichzeitigen Reduktion der Spannung S2 einhergehen und umgekehrt. Beispielsweise kann der Winkel einer relativen Verdrehung des ersten Geberrads 122 gegenüber dem zweiten Geberrad 124 anhand der Spannungen S1 und S2 identifiziert werden. Beispielsweise kann eine relative Verdrehung der Geberräder um den Winkel -α anhand einer Spannung S1 = 0 identifiziert werden. Insbesondere kann einer relative Verdrehung der Geberräder um den Winkel α anhand einer Spannung S2 = 0 identifiziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004019379 A1 [0002]

Claims

Sensorsystem (110) zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114), umfassend: - mindestens ein Torsionselement (116), wobei das Torsionselement (116) eingerichtet ist mindestens einen ersten Teil (118) des rotierenden Elements (114) und mindestens einen zweiten Teil (120) des rotierenden Elements (114) zu verbinden; - mindestens ein erstes Geberrad (122) und mindestens ein zweites Geberrad (124), wobei das erste Geberrad (124) mit einem ersten Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil (118), dem Torsionselement (116) und dem zweiten Teil (120) verbindbar ist und wobei das zweite Geberrad (124) mit einem zweiten, von dem ersten Element verschiedenen Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil (118), dem Torsionselement (116) und dem zweiten Teil (120) verbindbar ist; - mindestens ein Sensorelement (128); dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Geberrad (122) ein erstes Geberradprofil (130) mit mindestens einem im Abstand f radial um die Rotationsachse (112) angeordneten Profilsegment (132) aufweist; wobei weiterhin das mindestens eine zweite Geberrad (124) ein zweites Geberradprofil (134) aufweist, wobei das zweite Geberradprofil (134) mindestens ein erstes Profilsegment (136) und mindestens ein zweites Profilsegment (138) aufweist, wobei das erste Profilsegment (136) im Abstand g radial um die Rotationsachse (112) angeordnet ist, wobei das zweite Profilsegment (138) im Abstand d ≠ g um die Rotationsachse (112) angeordnet ist.
Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei f ≤ d < g.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Profilsegment (132) des ersten Geberradprofils (130) von dem rotierenden Element (114) beabstandet angeordnet ist, wobei das mindestens eine erste Profilsegment (136) und das mindestens eine zweite Profilsegment (138) des zweiten Geberradprofils (134) von dem rotierenden Element (114) beabstandet angeordnet sind.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Geberrad (122) und/oder das zweite Geberrad (124) eine zumindest teilweise kreisförmige Form aufweisen.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Geberrad (122) und/oder das zweite Geberrad (124) über ein Verbindungselement (126) mit dem rotierenden Element (114) verbunden ist.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Profilsegmente (132, 136, 138) jeweils mindestens vier Kanten aufweisen.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Profilsegment (136) des zweiten Geberradprofils (134) zu dem zweiten Profilsegment (138) des zweiten Geberradprofils (134) winkelversetzt angeordnet ist.
Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Profilsegment (136) des zweiten Geberradprofils (134) eine Fläche A1 aufweist, wobei das zweite Profilsegment (138) des zweiten Geberradprofils (134) eine Fläche A2 aufweist, wobei die Flächen A1 und A2 im Wesentlichen gleich groß sind.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Profilsegment (132) des ersten Geberradprofils (130) als Aussparung ausgebildet ist, wobei das mindestens eine erste Profilsegment (136) und das mindestens eine zweite Profilsegment (138) des zweiten Geberradprofils (134) als Aussparungen ausgebildet sind.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in mindestens einer Winkelstellung eine Projektion des Profilsegments (132) des ersten Geberradprofils (130) in Richtung der Rotationsachse (112) mindestens eine Projektion des ersten Profilsegments (136) und/oder des zweiten Profilsegments (138) des zweiten Geberradprofils (134) in Richtung der Rotationsachse (112) ganz oder teilweise überdeckt.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (128) mindestens eine Erregerspule (144) und mindestens eine erste Empfängerspule (146) und mindestens eine zweite Empfängerspule (148) aufweist.
Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Empfängerspule (146) eingerichtet ist, um mindestens ein erstes Signal zu generieren, wobei die zweite Empfängerspule (148) eingerichtet, um ist mindestens ein zweites Signal zu generieren.
Sensorsystem (110) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (128) mindestens einen Schaltungsträger (150) aufweist, wobei die mindestens eine Erregerspule (144) und die mindestens zwei Empfängerspulen auf dem Schaltungsträger (150) angeordnet sind, wobei die Erregerspule (144) derart auf dem Schaltungsträger (150) angeordnet ist, um die erste Empfängerspule (146) und die zweite Empfängerspule (148) ganz oder teilweise zu umschließen.
Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Sensorsystems (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; b) Erfassen des ersten Signals und des zweiten Signals des Sensorelements (128); und c) Bestimmen der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements (114).