DE9404209U1 - Drehratensensor - Google Patents

Description

R. 26873
10.3.1994 Sf/Kei

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Drehratensensor

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Drehratensensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bisher in der Praxis verwendeten Drehratensensoren sind am Ende eines becherförmigen, schwingungsfähigen Körpers mehrere Piezoelemente angeordnet. Hierbei dienen die einen Piezoelemente zur Schwingungserregung des Körpers und die anderen Piezoelemente zur Erfassung eines Meßwertes. Bisher wird dieser schwingungsfähige Körper aus hochlegiertem Werkstoffstahl hergestellt. Dieser Becher weist normalerweise eine Wanddicke von etwa 0,5 mm auf. Durch Einölen oder Beizen ist er vor dem Beschichten gegen Korrosion zu schützen. Ferner sind vier aufwendige Oberflächenschichten auf dem Becher aufzubringen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drehratensensor mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er sehr kostengünstig hergestellt werden kann. Da Bronze ......,_einen ,niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist, kann die Wandstärke verdoppelt werden. Die Oberfläche ist nur 2 bis 4 &mgr;&tgr;&agr; versilbert und im Bereich der Piezoelemente kann er dünn vergoldet werden. Diese Goldschicht dient als Anlaufschutz. Die Bearbeitung des Bronzebechers selbst ist

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relativ kostengünstig, da auf der Drehbank mit hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann. Es entstehen Korrosionsprobleme vor dem Beschichten. Ferner ist nur noch eine einzige einfache Oberflächenschicht notwendig. Die verdoppelte Wanddicke des Bechers ermöglicht auch eine sichere Bearbeitung, wodurch der Ausschuß verringert wird. Da der Zylinder weiterhin mit der gleichen Frequenz schwingt, aber die doppelte Masse aufweist, ist er gegenüber einem Becher aus Werkstoffstahl nicht so leicht zu zerstören. Aufgrund der Wanddicke sind Meßfehler durch die Unwucht geringer in ihrer Auswirkung, so daß der Becher in seiner mechanischen Bearbeitung nur noch feinabgeglichen werden muß. Sin Grobabgleich kann im Spezialfall sogar entfallen. Der Einfluß von Temperaturschwankungen auf Bronze ist relativ gering.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Drehratensensors möglich. 20

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen Drehratensensor.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Drehratensensor 10 hat einen Träger 11, auf den ein als schwingungsfähiger Körper dienender, oben offener Becher 12 angeordnet ist. Mit Hilfe eines am Boden des Bechers 12 ausgebildeten Fortsatzes 13 liegt der Becher 12 am Träger 11 auf und ist dort verschweißt. Erfindungsgemäß besteht der Becher 12 aus Bronze. Er hat eine Wanddicke von ca. 1 mm. Seine Oberfläche ist versilbert, wobei die Schichtdicke 2

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bis 4 &mgr;&idiagr;&eegr; beträgt. Im oberen Ende des Bechers 12, d.h. im Bereich seiner Öffnung sind an der Außenwand acht kleine Flächen 14 im Abstand von 45 Grad zueinander angefast, so daß acht kleine schwingungsfähige Systeme entstehen. Diese Flächen können vergoldet sein. Ferner wird auf diese Flächen jeweils ein Piezoelement 15 aufgelötet. Die Piezoelemente werden mit Hilfe eines im jeweiligen Kontaktbereich angelöteten und an der Becherwand angeklebten Drahts 16 aus Kupfer mit den Anschlußpins 17 verbunden, die durch Bohrungen 18 im Träger 11 ragen. Die Bohrungen 18 sind mit Glas ausgegossen. Mit Hilfe der Pins 17 kann der Sensor direkt oder indirekt mit einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung oder Auswertung verbunden werden. Der gesamte Sensor 10 wird durch einen Topf 2 0 zur Umgebung hin abgeschlossen, wobei der Topf 20 mit seinem flanschartigen Rand 21 unter Vakuum auf den Träger 11 aufgeschweißt ist.

Durch eine an die Piezoelemente 15 angelegte Spannung wird der Becher 12 von vier Piezoelementen, die jeweils um 90° zueinander versetzt sind, zum Schwingen angeregt. Dadurch schwingt der Becher 12 mit seiner Resonanzfrequenz weiter. Unter 45° zu den anregenden Piezoelementen bilden sich nun Schwingungsknoten aus, d.h. also im Bereich der anderen vier Piezzoelemente. Wird der schwingende Becher von einer, zum Beispiel durch ein schleuderndes Fahrzeug hervorgerufenen Drehbewegung überlagert, so verschieben sich aufgrund der Corioliskraft die Schwingungsknoten. Die übrigen vier Piezoelemente, die als Sensorelemente dienen, sind unter zu den vier anregenden Piezoelementen angeordnet. Diese vier Sensor-Piezoelemente sensieren bei sich verschiebenden Schwingungsknoten ein Meßsignal. Mit Hilfe dieses Signals werden in einer elektrischen Schaltung die vier anregenden Piezoelemente so angesteuert, daß die Schwingungsknoten wieder über den Sensor-Piezoelementen zum Stehen kommen.

Dieses Rückführsignal für die Schwingungsknoten entspricht

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der durch das oben erwähnte schleudernde Fahrzeug hervorgerufenen Drehrate (Kompensationsprinzip).

Claims (3)

&idigr; * &idigr;&idigr; · ··· R. 26873 R. 26873 10.3.1994 Sf/Kei ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart Ansprüche

1. Drehratensensor (10), bestehend aus einem becherförmigen, schwingungsfähigen Körper (12), in dessen Öffnungsbereich mindestens ein zur Schwingungserregung dienendes Piezoelement (15) und mindestens ein zur Meßwertaufnahme dienendes Piezoelement (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) aus Bronze hergestellt ist.

2. Drehratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des Körpers (12) versilbert ist.

3. Drehratensensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagebereich (14) der Piezoelemente (15) auf dem Körper (12) vergoldet ist.