WO2018228776A1 - Device for determining a torque - Google Patents

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WO2018228776A1
WO2018228776A1 PCT/EP2018/062968 EP2018062968W WO2018228776A1 WO 2018228776 A1 WO2018228776 A1 WO 2018228776A1 EP 2018062968 W EP2018062968 W EP 2018062968W WO 2018228776 A1 WO2018228776 A1 WO 2018228776A1
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WO
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coil
electrically conductive
sensor element
regions
signal generator
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Application number
PCT/EP2018/062968
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German (de)
French (fr)
Inventor
Fabian Utermoehlen
Andreas Merz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering

Definitions

  • the published patent application DE 10 2014 208 642 A1 discloses a sensor arrangement for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle with a first sensor, which is circumferentially coupled to the rotating component with a predetermined first gear ratio, and a second
  • Transducer which is circumferentially coupled to a predetermined second gear ratio with the rotating component, wherein the transmitter generate in each case at least one information for determining the current angle of rotation of the rotating component in conjunction with at least one transducer and wherein the two sensors on a common
  • Rotary axis are mounted.
  • Rotary component comprises a first signal generator 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.
  • the first and second signal transmitters are arranged on the sensor element such that a relative rotation of the first and second signal transmitter to each other depending on a Kochdeckungshus the conductive first regions can be determined.
  • 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 Kochdeckungshack 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 torsional 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.
  • 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.
  • forces can act on rotary rods.
  • a force acting on a first rotary rod coming from an axle can, on the one hand, act on the one hand, and, on the other hand, coming from a steering wheel on a second rotary rod.
  • 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.
  • externally acting on the rotary member forces at a certain point of the Rotary components for example, in the environment of the torsion element are measurable.
  • the rotary component can also be adapted accordingly to the required mounting situation, for example in a motor vehicle.
  • the first signal transmitter is coupled to the first rotary rod
  • 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.
  • the sensor element comprises at least one 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.
  • the construction and connection technique is in contrast to sensors that are used as a sensitive element e.g. Use strain gauges that are applied directly to the torsion element, simpler and more robust.
  • 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.
  • a magnetic field in the form of an induced voltage can be detected.
  • 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 in particular with respect to to understand the electrically conductive first regions and the corresponding non-electrically conductive or less electrically conductive second regions.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • a first part of the receiver coil first in a first orientation Run 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.
  • both the exciter coil and the receiver coil of the sensor element run more frequently along the circumference of the rotary component.
  • the multi-lane course of at least the receiver coil and optionally also the excitation coil can be limited by an opening angle.
  • 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.
  • 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.
  • Figure 1 discloses a device for measuring a rotation of two components to each other.
  • FIG. 2 shows a first and a second signal generator.
  • Figure 3 shows different arrangements of the first and second signal transmitter to each other.
  • FIGS. 4 to 6 show different embodiments for measuring value determination.
  • Figure 7 and Figure 8 shows a possible waveform at a relative rotation of the first and second signal transmitter to each other.
  • FIG. 9 shows a further arrangement for measuring value determination.
  • FIG. 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.
  • a first part 100.1 of a handlebar and a second part 100.2 of a handlebar 100 are interconnected by a torsion element 101.
  • 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.
  • a first target element 103 is attached on the first part 100.1 of the handlebar 100.
  • An attachment of the target element 103 to the first part 100.1 can take place via a corresponding support structure 102.
  • a support structure may for example be a sleeve 102.
  • the attachment may be rigidly provided.
  • a second target element 104 is attached on the second part 100.2 of the handlebar 100. This attachment can be provided rigidly. Upon rotation of the second part 100.2 of the handlebar 100, the second target element 104 rotates.
  • Both the first and second target elements 103 and 104 may alternatively be attached to the torsion element 101. It merely has to be ensured that upon rotation of the first and second parts 100.1 and 100.2 of the handlebar 100, the first and second target elements 103, 104 are rotated relative to each other. Furthermore, a sensor circuit board 105 is either rigidly attached to the second part 100.2 of the handlebar 100 or, as shown, stationary with respect to a rotation of the handlebar 100 as a whole. The sensor circuit board 105 rotates in a fixed arrangement with respect to the handlebar 100 so not with a rotation of the handlebar.
  • the vertical distance between the two target elements 103, 104 may be predetermined by the correspondingly spaced mounting on the handlebar 100 - in particular on the first part 100.1, the second part 100.2.
  • an attachment of the first and / or second target element 103 and 104 may be provided on the torsion element 101.
  • the vertical distance between the two target elements 103, 104 in the extension direction of the handlebar can amount to a few 100 ⁇ . Preferably, the distance is to be interpreted as small as possible. It is also possible that the target elements 103, 104 touch.
  • the target elements 103 and 104 are shown in FIG.
  • the first target element 103 consists of an identical number of electrically conductive first circular sector elements 103.1 and electrically non-conductive or less conductive second circular sector elements 103.2. Both clamp on the angle 103a and 103b respectively.
  • Both angles 103a and 103b can be identical.
  • the angles 103a and 103b may each be one to two times the maximum torsion angle of the first part 100.1 and second part 100.2 of 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.
  • the sum of an angle 103a and an angle 103b may correspond to an integer divisor of 360 °.
  • a second target element 104 is shown.
  • the second target element 104 may have identical dimensions as the first target element
  • 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-conductive or less conductive second circular sector elements 103. 2 of the target element 103.
  • 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-conductive or at least less conductive circular sector elements 104. 2 of the target element 104.
  • first and second target elements 103, 104 are complementary in their geometry.
  • first circular sector elements 103.1 and 104.1 are visible in a corresponding rotational position in plan view along the axis of rotation. It forms a closed surface of target elements 103 and
  • FIG. 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.
  • the two target elements 103, 104 are positioned so rotated relative to each other that they form a continuous electrically conductive surface in plan view - for example, without an effect of a torque on the handlebar. This arrangement is shown on the left in FIG.
  • a rotation of the target elements 103, 104 relative to one another results in an opening of a surface which is no longer covered by one of the electrically conductive first circular sector elements 103. 1, 104. 1, but instead by the respectively non-electrically conductive ones or less conductive circular sector elements 103.2, 104.2 of the target elements 103, 104.
  • this surface opens further.
  • the detection of the size of this surface 103.2, 104.2 allows a conclusion on the angle of rotation. Based on the angle of rotation can be determined with knowledge of a coupling strength of an existing torsion element 100, the torque.
  • the size of this described opening area can be determined with a coil arrangement shown in FIG.
  • the coil arrangement comprises a circular excitation coil 202 which is placed on the sensor circuit board 105.
  • the sensor plate 105 is not shown in FIGS. 4-6 for the sake of clarity.
  • the excitation coil 202 extends along the circumference of the rotating component, which is indicated in Figure 4 by its diameter di.
  • a receiving coil 203 Within the excitation coil 202 is a receiving coil 203. A reverse arrangement of the receiving coil and exciter coil would be possible.
  • 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 at least partially receive a handlebar 100 of diameter di.
  • the path of the excitation coil 202 and the receiving coil 203 can be understood in the embodiment of Figure 4 each as a single.
  • the course is in the example shown in the same direction, there is no other part of the excitation coil 202 and the receiving coil 203, which runs counter to a first part.
  • a single-step course is to be seen here in comparison to a two-part course of FIGS. 5 or 6.
  • the exciter coil 202 is supplied with an alternating voltage having a frequency in the range of a few MHz (preferably 5 MHz). This creates an alternating electromagnetic field.
  • the alternating electromagnetic field causes eddy currents in the targets 103, 104, which induce a corresponding alternating voltage in the receiving coil 203 via the resulting magnetic field.
  • a demodulation of the coupling factor of the received signal can be determined with the exciter signal.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter can be low and range from a few Hz to less than kHz.
  • the amplitude of the received signal can also be determined by means of a (digital) Fourier transformation or alternative methods for amplitude measurement.
  • a linear course of the relationship, as shown in FIG. 7, is not urgently required, and a functional relationship may exist, depending on how overlapping of the coil arrangement 202, 203 with electrically conductive material 103. 1, 104. 1 of the target elements 103, 104 changed.
  • the angle of rotation 301 can, as described, represent the acting torque, in particular be proportional to this.
  • the course shown is valid when the torsion element rotation is linear to the torque and when the overlap of the coil structure 202, 203 with electrically conductive material 103.1 104.1 of the target elements 103, 104 acts linearly on the coupling factor. Especially for small maximum torsions, this relationship can be considered valid.
  • the excitation coil 202 is arranged along the circumference of the handlebar, analogous to FIG. 4.
  • the receiving coil 203 also extends along the circumference, but not more inwardly as shown in Figure 4, but more often.
  • the term multi-path means that the receiving coil 203 extends in a first part along the circumference of the handlebar 100, and runs in at least one further part along the circumference in opposite directions to the first part. It can be seen in FIG. 5 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.
  • this intermediate portion may extend radially with respect to the center of the coil assembly and thus the handlebar 100.
  • the coil arrangement 202, 203 does not completely surround the handlebar 100.
  • the receiving coil 203 has only an opening angle 204, which is also present on the other side of the dashed auxiliary lines in the same way as angle 204.
  • the excitation coil 202 is now provided more often.
  • the excitation coil 202 now has a first part that runs along the circulation, and a second counter-rotating part, which in turn runs along the circulation, but in opposite directions to the first part.
  • the excitation coil 202 has an opening angle (not shown in Figure 6) which is smaller than 360 °.
  • the excitation coil 202 rotates the handlebar multi-speed and proportionately.
  • FIG. 6 thus shows a multi-stage proportional course of exciter coil 202 and receiver coil 203.
  • the opening angle 204 to be selected can only be selected such that there is always at least one gap 103.2, 104.2 between the circle segments 103.1 and 104.1 of the target elements 103 and 104 above the receiving coil 203.
  • the opening angle of the receiving coil 204 for this is preferably 60 °.
  • both the excitation coil 202 and the reception coil 203 can be realized in a plurality of circuit board levels of the circuit board 105.
  • the excitation coil 202 and the receiving coil 203 may also have more than one turn, as is generally known in the case of coils. Additional windings can, for example, run behind or in front of the coil arrangements 202, 203 shown in FIGS. 4, 5 or 6, ie, virtually into the plane of the drawing or out of the plane of the drawing.
  • the coil element 202 is a circular coil 202 - for example a planar coil - according to FIG. 9.
  • the coil 202 is mounted on the sensor circuit board 105.
  • the coil 202 has a first connection 202.1 and a second connection 202.2.
  • the dimensioning of the coil arrangement 202 is designed such that the diameter da is of the same order of magnitude as the diameter of the target elements 103, 104.
  • the inner diameter di depends on the diameter of the steering rod 100, which is to be performed by the coil arrangement 202.
  • the handlebar 100 is not shown in FIG.
  • FIG. 9 shows the coil arrangement 202 with a plurality of windings, all of which extend along the circumference of the steering rod 100. This arrangement is in turn to be understood as a single. In this embodiment, no opposing part of the coil 202 is present.
  • the underlying measurement effect of this coil arrangement is an inductance change of the coil 202 when there is over this electrically conductive material, for example the electrically conductive parts 103.1 and 104.1 of the targets 103 and 104.
  • an alternating voltage is applied to the coil 202, an alternating electromagnetic field is produced which induces an eddy current in the targets 103, 104 above it, in particular in the electrically conductive parts of the targets 103, 104.
  • This eddy current generates a field opposite to the first alternating electromagnetic field Counter field, which leads to a reduced inductance of the sensor coil 202.
  • 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 FIG. 3, this means that a smaller relative rotation leads to a lower inductance.
  • f_0 represents the resonant frequency of the resonant circuit
  • PI the circle number
  • sqrt the root L
  • L the inductance
  • C the capacitance of the resonant circuit
  • a measurement of the frequency f_0 e.g. 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 relative to one another, whereby it is possible to deduce the applied torque based on the determination of the rotation.
  • the capacitors used in the resonant circuit are chosen so that a frequency in the range of several tens of MHz is achieved.
  • 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.
  • 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.
  • the inductance can also be measured directly. This can be done, for example, with the following methods:
  • o is based in principle on the fact that the energy of the measuring coil is loaded on a capacitor whose voltage serves as a measuring signal, by reactive voltage dividers,
  • phase-locked loop PLL

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract

A device for determining a torque at a rotation component (100), which comprises at least one first signal transmitter (103) coupled to a first rotation rod (100.1) and at least one second signal transmitter (104) coupled to a second rotation rod (100.2). The first and second rotation rod (100.1, 100.2) are each coupled by way of a torsion element (101) so as to be able to rotate with respect to one another. The device also comprises at least one sensor element (105). The first and the second signal transmitter (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). The first and second signal transmitter (103, 104) are in this case arranged on the sensor element (105) in such a way that a relative twisting of the first and second signal transmitter (103, 104) with respect to one another can be determined depending on a degree of overlap of the electrically conductive first regions (103.1, 104.1).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehmoments  Device for determining a torque
Stand der Technik State of the art
Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 208 642 AI 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 The published patent application DE 10 2014 208 642 A1 discloses a sensor arrangement for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle with a first sensor, which is circumferentially coupled to the rotating component with a predetermined first gear ratio, and a second
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 gemeinsameTransducer, which is circumferentially coupled to a predetermined second gear ratio with the rotating component, wherein the transmitter generate in each case at least one information for determining the current angle of rotation of the rotating component in conjunction with at least one transducer and wherein the two sensors on a common
Drehachse montiert sind. Rotary axis are mounted.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehmoments an einemDISCLOSURE OF THE INVENTION The device according to the invention for determining a torque on a
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. Rotary component comprises a first signal generator 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 transmitter to each other depending on a Überdeckungsmaß the conductive first regions can be determined.
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. 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 torsional 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 the case of a steering, a force acting on a first rotary rod coming from an axle can, on the one hand, act on the one hand, and, on the other hand, coming from a steering wheel on a second rotary rod. 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 externally acting on the rotary member forces at a certain point of the Rotary components, for example, in the environment of the torsion element are measurable. 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 technique is in contrast to sensors that are used as a sensitive element e.g. Use strain gauges that are 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. 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.
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.  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 in particular with respect to to understand 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 receiver coil first in a first orientation Run 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. 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.
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.  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. 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.
Figur 1 offenbart eine Vorrichtung zur Messung einer Verdrehung zweier Bauteile zueinander. Figure 1 discloses a device for measuring a rotation of two components to each other.
Figur 2 zeigt einen ersten sowie einen zweiten Signalgeber. FIG. 2 shows a first and a second signal generator.
Figur 3 zeigt unterschiedliche Anordnungen des ersten und zweiten Signalgebers zueinander. Figure 3 shows different arrangements of the first and second signal transmitter to each other.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen unterschiedliche Ausführungen zur Messwertermittlung. Figur 7 und Figur 8 zeigt einen möglichen Signalverlauf bei einer relativen Verdrehung des ersten und zweiten Signalgebers zueinander. FIGS. 4 to 6 show different embodiments for measuring value determination. Figure 7 and Figure 8 shows a possible waveform at a relative rotation of the first and second signal transmitter to each other.
Figur 9 zeigt eine weitere Anordnung zur Messwertermittlung. FIG. 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.
Figur 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. FIG. 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 of a handlebar and a second part 100.2 of a handlebar 100 are interconnected by a torsion element 101. In a rotation of the first part 100.1 and the second part 100.2 of the handlebar 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. On the first part 100.1 of the handlebar 100, a first target element 103 is attached. An attachment of the target element 103 to the first part 100.1 can take place via a corresponding support structure 102. A support structure may for example be a sleeve 102. The attachment may be rigidly provided. Upon rotation of the first part 100.1 of the handlebar 100, the connected target element 103 rotates.
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. On the second part 100.2 of the handlebar 100, a second target element 104 is attached. This attachment can be provided rigidly. Upon rotation of the second part 100.2 of the handlebar 100, the second target element 104 rotates.
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. 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. Both the first and second target elements 103 and 104 may alternatively be attached to the torsion element 101. It merely has to be ensured that upon rotation of the first and second parts 100.1 and 100.2 of the handlebar 100, the first and second target elements 103, 104 are rotated relative to each other. Furthermore, a sensor circuit board 105 is either rigidly attached to the second part 100.2 of the handlebar 100 or, as shown, stationary with respect to a rotation of the handlebar 100 as a whole. The sensor circuit board 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 may be predetermined by the correspondingly spaced mounting on the handlebar 100 - in particular on the first part 100.1, the second part 100.2. Alternatively, as described, an attachment of the first and / or second target element 103 and 104 may be provided on the torsion element 101.
In Figur 1 ist zu sehen, dass durch Dimensionierung der Tragestruktur 102 der Abstand zwischen den Targetelementen 103 und 104 einstellbar ist. In Figure 1 it 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 μηι 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 amount to a few 100 μηι. 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 applying a torque to the handlebar, there may be a relative rotation between the first part 100.1 of the handlebar 100 and the second part 100.2 of the handlebar 100. This causes a rotation of the two target elements 103 and 104 to each other.
Die Targetelemente 103 und 104 sind in Figur 2 dargestellt. The target elements 103 and 104 are shown in FIG.
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-conductive or less conductive second circular sector elements 103.2. Both clamp on the angle 103a and 103b respectively.
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 identical. The angles 103a and 103b may each be one to two times the maximum torsion angle of the first part 100.1 and second part 100.2 of 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 may correspond to an integer divisor of 360 °.
Neben dem ersten Targetelement 103 ist ein zweites Targetelement 104 dargestellt. Das zweite Targetelement 104 kann identische Abmessungen wie das erste TargetelementIn addition to the first target element 103, a second target element 104 is shown. The second target element 104 may have identical dimensions as the first target element
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. 103 have. In doing so, the circular sector elements 104.1 and 104.2 again clamp respectively associated angles 104a and 104b. For the angles 104a and 104b, the same applies with respect to the angles 103a and 103b.
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-conductive or less conductive second circular sector elements 103. 2 of the target element 103.
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. 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-conductive or at least less conductive circular sector elements 104. 2 of the target element 104.
Anders gesagt sind die ersten und zweiten Targetelemente 103, 104 in ihrer Geometrie komplementär zueinander. In other words, the first and second target elements 103, 104 are complementary in their geometry.
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 undIf the two target elements 103, 104 are placed one above the other on a common axis of rotation, only electrically conductive first circular sector elements 103.1 and 104.1 are visible in a corresponding rotational position in plan view along the axis of rotation. It forms a closed surface of target elements 103 and
104 mit jeweils elektrisch leitfähigen ersten Kreissektorelementen 103.1 beziehungsweise 104.1. 104 each having electrically conductive first circular sector elements 103.1 and 104.1.
Figur 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. 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 Figur 3 links dargestellt. FIG. 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 an unrotated state, the two target elements 103, 104 are positioned so rotated relative to each other that they form a continuous electrically conductive surface in plan view - for example, without an effect of a torque on the handlebar. This arrangement is shown on the left in FIG.
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. In a relative rotation of the two target elements 103, 104 - for example, when a torque acts 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 Figur 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 can be seen in the middle in FIG. 3, a rotation of the target elements 103, 104 relative to one another results in an opening of a surface which is no longer covered by one of the electrically conductive first circular sector elements 103. 1, 104. 1, but instead by the respectively non-electrically conductive ones or less conductive circular sector elements 103.2, 104.2 of 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 surface opens further. The detection of the size of this surface 103.2, 104.2 allows a conclusion on the angle of rotation. Based on the angle of rotation can be determined with knowledge of a coupling strength of an existing torsion element 100, 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, when the target elements 103, 104 are rotated relative to one another, a change in the coverage of the associated sensor element 105 with regions of electrically conductive first material 103.1, 104.1 results. The overlap dimension influences the measured variable to be determined by the sensor element 105. This is correlated with a change in 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 Figur 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 Figuren 4 - 6 gezeigt. Die Erregerspule 202 verläuft entlang des Umfangs des rotierenden Bauteils, welches in Figur 4 anhand seines Durchmessers di angedeutet ist. The size of this described opening area can be determined with a coil arrangement shown in FIG. In a first embodiment, the coil arrangement comprises a circular excitation coil 202 which is placed on the sensor circuit board 105. The sensor plate 105 is not shown in FIGS. 4-6 for the sake of clarity. The excitation coil 202 extends along the circumference of the rotating component, which is indicated in Figure 4 by its diameter di.
Innerhalb der Erregerspule 202 befindet sich eine Empfangsspule 203. Auch eine umgekehrte Anordnung von Empfangsspule und Erregerspule wäre möglich. Within the excitation coil 202 is a receiving coil 203. A reverse arrangement of the receiving coil and exciter 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 at least partially receive a handlebar 100 of diameter di.
Der Verlauf der Erregerspule 202 sowie der Empfangsspule 203 kann im Ausführungsbeispiel der Figur 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 Figuren 5 oder 6 zu sehen. The path of the excitation coil 202 and the receiving coil 203 can be understood in the embodiment of Figure 4 each as a single. The course is in the example shown in the same direction, there is no other part of the excitation coil 202 and the receiving coil 203, which runs counter to a first part. A single-step course is to be seen here in comparison to a two-part course of FIGS. 5 or 6.
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. The exciter coil 202 is supplied with an alternating voltage having a frequency in the range of a few MHz (preferably 5 MHz). This creates an alternating electromagnetic field. The alternating electromagnetic field causes eddy currents in the targets 103, 104, which induce a corresponding alternating voltage in the receiving coil 203 via the resulting magnetic field. A demodulation of the coupling factor of the received signal can be determined with the exciter signal.
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.  This can e.g. be carried out via 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 Figur 3 verwendet, so ergibt sich ein Zusammenhang zwischen dem Verdrehwinkel 302 und dem Kopplungsfaktor 301 gemäß Figur 7. The smaller the overlap-in other words the degree of overlap-of the coil structure 202, 203 with electrically conductive material 103.1 104.1 of the target elements 103, 104, the greater the coupling factor between the received signal and the exciter signal. If targets 103, 104 are used as in FIG. 3, a relationship results between the twist angle 302 and the coupling factor 301 according to FIG. 7.
Ein linearer Verlauf des Zusammenhangs wie in Figur 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. A linear course of the relationship, as shown in FIG. 7, is not urgently required, and a functional relationship may exist, depending on how overlapping of the coil arrangement 202, 203 with electrically conductive material 103. 1, 104. 1 of the target elements 103, 104 changed.
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.  The angle of rotation 301 can, as described, represent the acting torque, in particular be proportional to this. The course shown is valid when the torsion element rotation is linear to the torque and when the overlap of the coil structure 202, 203 with electrically conductive material 103.1 104.1 of 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 Figur 5 an. In order to reduce the influence of the steering rod on the coil signals, another design for the coil arrangement according to FIG.
Die Erregerspule 202 ist entlang dem Umfang der Lenkstange angeordnet, analog zu Figur 4. The excitation coil 202 is arranged along the circumference of the handlebar, analogous to FIG. 4.
Die Empfangsspule 203 verläuft ebenfalls entlang des Umfangs, jedoch nicht mehr einläufig wie in Figur 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 Figur 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. The receiving coil 203 also extends along the circumference, but not more inwardly as shown in Figure 4, but more often. The term multi-path means that the receiving coil 203 extends in a first part along the circumference of the handlebar 100, and runs in at least one further part along the circumference in opposite directions to the first part. It can be seen in FIG. 5 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.
Dieser Zwischenabschnitt kann beispielsweise radial verlaufen in Bezug auf die Mitte der Spulenanordnung und somit der Lenkstange 100. In einer weiteren Ausführungsform gemäß Figur 6 ist es zudem möglich, dass die Spulenanordnung 202, 203 die Lenkstange 100 nicht komplett umschließt. In Figur 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 Figur 6) der kleiner ist, als 360 °. Somit umläuft die Erregerspule 202 die Lenkstange mehrläufig und anteilig. For example, this intermediate portion may extend radially with respect to the center of the coil assembly and thus the handlebar 100. In a further embodiment according to FIG. 6, it is also possible that the coil arrangement 202, 203 does not completely surround the handlebar 100. In Figure 6, the receiving coil 203 has only an opening angle 204, which is also present on the other side of the dashed auxiliary lines in the same way as angle 204. In addition, the excitation coil 202 is now provided more often. Also, the excitation coil 202 now has a first part that runs along the circulation, and a second counter-rotating part, which in turn runs along the circulation, but in opposite directions to the first part. Also, the excitation coil 202 has an opening angle (not shown in Figure 6) which is smaller than 360 °. Thus, the excitation coil 202 rotates the handlebar multi-speed and proportionately.
In Figur 6 ist somit ein mehrläufiger anteiliger Verlauf von Erregerspule 202 und Empfangsspule 203 gezeigt. FIG. 6 thus shows a multi-stage proportional course of exciter coil 202 and receiver coil 203.
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 be brought only 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 204 to be selected can only be selected such that there is always at least one gap 103.2, 104.2 between the circle segments 103.1 and 104.1 of the target elements 103 and 104 above the receiving coil 203. For the illustrated target structure, the opening angle of the receiving coil 204 for this is preferably 60 °.
Für die in Figur 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. For the coil arrangements 202, 203 shown in FIGS. 4, 5 and 6, both the excitation coil 202 and the reception coil 203 can be realized in a plurality of circuit board levels of the circuit board 105.
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 Figur 4, 5 oder 6 gezeigten Spulenanordnungen 202, 203 verlaufen, also quasi in die Zeichenebene hinein, oder aus der Zeichenenebene hinaus.  The excitation coil 202 and the receiving coil 203 may also have more than one turn, as is generally known in the case of coils. Additional windings can, for example, run behind or in front of the coil arrangements 202, 203 shown in FIGS. 4, 5 or 6, ie, virtually 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. Eine alternative Spulenanordnung 202 ist in Figur 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. It is also possible that a plurality of exciter coils 202 and / or receiver coils 203 are used. As a result, for example, requirements for functional safety (eg redundancy of the measuring system) can be met. An alternative coil arrangement 202 is shown in FIG. Also with this coil arrangement 202, according to the previously described embodiments, a relative deflection - in particular a rotation - of the two targets 103 and 104 relative to each other can be determined.
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 Figur 9. Die Spule 202 ist auf der Sensorleiterplatte 105 angebracht. Compared to the previous embodiments with an exciter coil 202 and a receiving coil 203, only one coil element 202 is provided in this embodiment. The coil element 202 is a circular coil 202 - for example a planar coil - according to FIG. 9. The coil 202 is mounted on the sensor circuit board 105.
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.  The coil 202 has a first connection 202.1 and a second connection 202.2. The dimensioning of the coil arrangement 202 is designed such that the diameter da is of the same order of magnitude as the diameter of the target elements 103, 104. The inner diameter di depends on the diameter of the steering rod 100, which is to be performed by the coil arrangement 202.
Die Lenkstange 100 ist in Figur 9 nicht eingezeichnet. The handlebar 100 is not shown in FIG.
In Figur 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. FIG. 9 shows the coil arrangement 202 with a plurality of windings, all of which extend along the circumference of the steering rod 100. This arrangement is in turn to be understood as a single. In this embodiment, no opposing part of the coil 202 is present.
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 when there is over this electrically conductive material, for example the electrically conductive parts 103.1 and 104.1 of 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. Die Induktivitätsreduzierung ist umso stärker, je größer die mit elektrisch leitfähigem Material überdeckte Fläche ist. Gemäß der Anordnung der Targetelemente 103, 104 in Figur 3 bedeutet dies, dass eine kleinere relative Verdrehung zu einer niedrigeren Induktivität führt. If an alternating voltage is applied to the coil 202, an alternating electromagnetic field is produced which induces an eddy current in the targets 103, 104 above it, in particular in the electrically conductive parts of the targets 103, 104. This eddy current generates a field opposite to the first alternating electromagnetic field Counter field, which leads to a reduced inductance of the sensor coil 202. 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 FIG. 3, this means that a smaller relative rotation leads to a lower inductance.
Wird die Spule 202 nun beispielsweise in einem elektrischen Schwingkreis gemäß Figur 10 verschaltet, ändert sich dadurch die Resonanzfrequenz desselben gemäß If the coil 202 is now connected, for example, in an electrical oscillating circuit according to FIG. 10, the resonant frequency of the same changes according to FIG
f_0 = 1 / (2 * PI * sqrt(L*C))  f_0 = 1 / (2 * PI * sqrt (L * C))
wobei f_0 die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, PI die Kreiszahl, sqrt die Wurzel, L die Induktivität und C die Kapazität des Schwingkreises repräsentiert 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. The lower the coil inductance L, the greater the frequency f_0 of the resonant circuit. A measurement of the frequency f_0 e.g. 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 relative to one another, whereby it is possible to deduce the applied torque based on the determination of the rotation.
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 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: 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:
durch L- Integrator, o wobei eine DC Spannung an die Spule gelegt wird, der Strom entsprechend ansteigt und mittels eines Operationsverstärkers in eine Messspannung gewandelt wird, through L-integrator, o wherein a DC voltage is applied to the coil, the current increases accordingly and is converted by means of an operational amplifier into a measuring voltage,
durch DC-DC Wandler, by DC-DC converter,
o der prinzipiell darauf basiert, dass die Energie der Messspule auf einen Kondensator geladen wird, dessen Spannung als Messsignal dient, durch reaktive Spannungsteiler,  o is based in principle on the fact that the energy of the measuring coil is loaded on a capacitor whose voltage serves as a measuring signal, by reactive voltage dividers,
o wobei z.B. über eine Phasenregelschleife (PLL) die Phasenbeziehung zwischen einem erregenden Sinussignal und der Spannung über dem LC Schwingkreis bestimmt wird,  o where e.g. a phase-locked loop (PLL) is used to determine the phase relationship between an exciting sinusoidal signal and the voltage across the LC resonant circuit,
durch Integration der Messspule in Brückenschaltungen, by integration of the measuring coil in bridge circuits,
o wobei die Hauptaufgabe der Hardware die Demodulation des Messsignals darstellt.  o where the main task of the hardware is the demodulation of the measurement signal.
o wobei mindestens eine weitere Spule als Referenz verfügbar sein muss.  o where at least one other coil must be available as a reference.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehmoments an einem Rotationsbauteil (100) umfassend 1. A device for determining a torque on a rotary component (100) comprising
- wenigstens einen ersten Signalgeber (103) gekoppelt an einen ersten Rotationsstab- At least a first signal generator (103) coupled to a first rotating rod
(100.1), (100.1)
wenigstens einen zweiten Signalgeber (104) gekoppelt an einen zweiten Rotationsstab (100.2),  at least one second signal generator (104) coupled to a second rotating rod (100.2),
wobei der erste und zweite Rotationsstab (100.1, 100.2) durch ein Torsionselement (101) zueinander drehbar gekoppelt sind,  wherein the first and second rotary rods (100.1, 100.2) are rotatably coupled to each other by a torsion element (101),
sowie umfassend wenigstens ein Sensorelement (105),  and comprising at least one sensor element (105),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
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.  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), the first and second signal transmitters (103, 104) in such a way are arranged on the sensor element (105), that a relative rotation of the first and second signal generator (103, 104) to one another depending on a Überdeckungsmaß the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) can be determined.
2. 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. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotation of the first and second signal generator (103, 104) by rotating the first rotary rod (100.1) and the second rotary rod (100.2) is effected to each other.
3. 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. 3. Device according to claim 2, wherein the first signal generator (103) is coupled to the first rotary rod (100.1) and the second signal generator (104) is connected to the second rotary rod (100.2) such that the respectively coupled signal generator (103, 104) is connected to a rotational movement of the first and / or second rotating rod (100.1, 100.2) is moved.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (105) wenigstens eine Spule (202, 203) umfasst. 4. Device according to claim 1, characterized in that the sensor element (105) comprises at least one coil (202, 203).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Sensorelement wenigstens eine Erregerspule (202) sowie wenigstens eine Empfangsspule (203) umfasst. 5. The device according to claim 4, wherein the sensor element comprises at least one exciter coil (202) and at least one receiver coil (203).
6. 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. 6. Device according to claim 1, characterized in that the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) of the first and second transmitter element (103, 104) have surfaces facing the sensor element (105), the surfaces of the respective electrically conductive first regions (103). 103.1, 104.1) of the first and second transmitter element (103, 104) have substantially the same dimensions.
7. 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. 7. The device according to claim 5, characterized in that the Überdeckungsmaß the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) based on an inductive coupling of the excitation coil (202) and the receiving coil (203) can be determined.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass 8. Apparatus according to claim 5, characterized in that
die Erregerspule (202) und die Empfängerspule (203) des Sensorelements (105) jeweils einläufig entlang des Umfangs des Rotationsbauteils (100) angeordnet sind.  the exciter coil (202) and the receiver coil (203) of the sensor element (105) are each arranged in an in-line manner along the circumference of the rotary component (100).
9. 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. 9. The device according to 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 or less along the circumference of the rotary component (100).
10. 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. 10. The device according to claim 5, characterized in that both the excitation coil (202) and the receiver coil (203) of the sensor element (105) extend more along the circumference of the rotary component (100), wherein the multi-lane course through an opening angle (204). is limited.
11. 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. 11. The device according to claim 1, characterized in that the Überdeckungsmaß the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) of the first and second signal generator (103, 104) to each other a Überdeckungsmaß of the sensor element (105) with the electrically conductive first regions (103.1, 104.1) of the first and second signal transmitter (103, 104) influenced, in particular this corresponds.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114659697B (en) * 2022-03-28 2023-06-23 浙江机电职业技术学院 Flexible six-dimensional force sensor based on capacitive sensor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3329012A (en) * 1963-11-08 1967-07-04 Schaevitz Engineering Torsion measuring device
GB2065897A (en) * 1979-12-19 1981-07-01 Bosch Gmbh Robert Device for measuring an angle of rotation or a torque
EP0151089A2 (en) * 1984-01-30 1985-08-07 Vibro-Meter Sa Device for measuring torque or a torsion-angle
US4805463A (en) * 1981-04-20 1989-02-21 Eaton Corporation Torque transducer
US5083468A (en) * 1987-09-02 1992-01-28 Robert Bosch Gmbh Device for measuring rotation angle and/or torque
US6443020B1 (en) * 2000-09-15 2002-09-03 Delphi Technologies, Inc. Steering column differential angle position sensor
DE102014208642A1 (en) 2014-05-08 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2097131A (en) * 1981-04-20 1982-10-27 Eaton Corp Electromagnetic torque transducer

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3329012A (en) * 1963-11-08 1967-07-04 Schaevitz Engineering Torsion measuring device
GB2065897A (en) * 1979-12-19 1981-07-01 Bosch Gmbh Robert Device for measuring an angle of rotation or a torque
US4805463A (en) * 1981-04-20 1989-02-21 Eaton Corporation Torque transducer
EP0151089A2 (en) * 1984-01-30 1985-08-07 Vibro-Meter Sa Device for measuring torque or a torsion-angle
US5083468A (en) * 1987-09-02 1992-01-28 Robert Bosch Gmbh Device for measuring rotation angle and/or torque
US6443020B1 (en) * 2000-09-15 2002-09-03 Delphi Technologies, Inc. Steering column differential angle position sensor
DE102014208642A1 (en) 2014-05-08 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle

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