Die Erfindung betrifft eine Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine solche Koppelstruktur. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Drehratensensorvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine entsprechende Drehratensensorvorrichtung.The invention relates to a coupling structure for a rotation rate sensor device and a production method for such a coupling structure. The invention also relates to a rotation rate sensor device and a production method for a corresponding rotation rate sensor device.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
An einem rotierbaren Körper wird häufig ein Drehratensensor angebracht, um eine Drehrate einer Rotationsbewegung des Körpers zu messen. Ein herkömmlicher Drehratensensor weist in der Regel mindestens eine erste Schwingmasse und eine zweite Schwingmasse (seismische Masse) auf, welche mittels eines Antriebs in lineare Schwingbewegungen versetzbar sind. Dabei ist der Antrieb so ausgelegt, dass die erste Schwingmasse und die zweite Schwingmasse um 180° phasenversetzt (anti-parallel) zueinander schwingen. Man bezeichnet die Schwingbewegungen der ersten Schwingmasse und der zweiten Schwingmasse deshalb häufig auch als gegenphasige Schwingbewegungen.A rotation rate sensor is often attached to a rotatable body in order to measure a rotation rate of a rotational movement of the body. A conventional rotation rate sensor generally has at least a first oscillating mass and a second oscillating mass (seismic mass), which can be set into linear oscillating movements by means of a drive. The drive is designed in such a way that the first oscillating mass and the second oscillating mass oscillate 180 ° out of phase (anti-parallel) to one another. The oscillating movements of the first oscillating mass and the second oscillating mass are therefore often also referred to as oscillating movements in opposite phase.
Führt der Körper mit dem daran angeordneten Drehratensensor bei gleichzeitiger Anregung der beiden Schwingmassen zu ihren anti-parallelen Schwingbewegungen eine Rotationsbewegung um eine zu der Schwingrichtung der Schwingmassen nicht-parallele Rotationsachse aus, so wirken Corioliskräfte auf die beiden schwingenden Schwingmassen. Durch die Corioliskräfte werden die beiden Schwingmassen jeweils senkrecht zu ihrer Schwingrichtung ausgelenkt. Aufgrund der Anti-Parallelität der Schwingbewegungen der beiden Schwingmassen werden die beiden Schwingmassen in entgegen gesetzte Richtungen ausgelenkt.If the body with the rotation rate sensor arranged on it executes a rotational movement around an axis of rotation that is not parallel to the direction of oscillation of the oscillating masses with simultaneous excitation of the two oscillating masses to their anti-parallel oscillating movements, Coriolis forces act on the two oscillating oscillating masses. Due to the Coriolis forces, the two oscillating masses are each deflected perpendicular to their direction of oscillation. Due to the anti-parallelism of the oscillating movements of the two oscillating masses, the two oscillating masses are deflected in opposite directions.
Die Auslenkung einer Schwingmasse ist proportional zu der auf die Schwingmasse wirkenden Corioliskraft. Somit entspricht die Auslenkung der Schwingmasse der Drehrate der Rotationsbewegung des Körpers. Über ein Auswerten der Auslenkung der Schwingmasse kann deshalb die Drehrate der Rotationsbewegung ermittelt werden.The deflection of an oscillating mass is proportional to the Coriolis force acting on the oscillating mass. Thus, the deflection of the oscillating mass corresponds to the rate of rotation of the rotational movement of the body. The rate of rotation of the rotational movement can therefore be determined by evaluating the deflection of the oscillating mass.
Um zu verhindern, dass eine auf den rotierenden Körper wirkende Beschleunigung zu einer falsch bestimmten Drehrate führt, ist ein herkömmlicher Drehratensensor in der Regel dazu ausgelegt, die jeweilige Auslenkung beider Schwingmassen zu detektieren und miteinander zu vergleichen. Nur wenn die Auslenkung der ersten Schwingmasse der negativen Auslenkung der zweiten Schwingmasse entspricht, ist davon auszugehen, dass die Auslenkungen der beiden Schwingmassen auf Corioliskräften und nicht auf einer Beschleunigung des rotierbaren Körpers beruhen.In order to prevent an acceleration acting on the rotating body from leading to an incorrectly determined yaw rate, a conventional yaw rate sensor is usually designed to detect the respective deflection of both oscillating masses and to compare them with one another. Only if the deflection of the first oscillating mass corresponds to the negative deflection of the second oscillating mass can it be assumed that the deflections of the two oscillating masses are based on Coriolis forces and not on an acceleration of the rotatable body.
Allerdings setzt eine derartige Auswertung der Auslenkungen der beiden Schwingmassen voraus, dass die Schwingmassen mittels des Antriebs verlässlich in anti-parallele Schwingbewegungen versetzbar sind. Das Herstellen eines Antriebs, welcher diese Voraussetzung annähernd erfüllt, ist jedoch relativ arbeitsaufwendig und vergleichsweise teuer. Zusätzlich treten bei einem herkömmlichen Drehratensensor häufig Abweichungen bei den Schwingbewegungen der beiden Schwingmassen von der gewünschten Anti-Parallelität auf.However, such an evaluation of the deflections of the two oscillating masses presupposes that the oscillating masses can be reliably set in anti-parallel oscillating movements by means of the drive. The manufacture of a drive which approximately fulfills this requirement is, however, relatively labor-intensive and comparatively expensive. In addition, in a conventional yaw rate sensor, deviations from the desired anti-parallelism often occur in the oscillating movements of the two oscillating masses.
Die US 2010/0154543 A1 beschreibt ein Schwingsystem aus zwei oszillierenden Massen, welche über einen festen Verbindungsbalken so miteinander verbunden sind, dass die zwei oszillierenden Massen gegenphasig zueinander schwingen. Weitere Beispiele für Schwingsysteme mit oszillierenden Massen sind in der US 5 945 599 A , der US 5 908 986 A und der EP 1 930 692 A2 offenbart.the US 2010/0154543 A1 describes an oscillating system made up of two oscillating masses, which are connected to one another via a fixed connecting beam in such a way that the two oscillating masses oscillate out of phase with one another. Further examples of vibrating systems with oscillating masses are in the U.S. 5,945,599 A , the U.S. 5,908,986 A and the EP 1 930 692 A2 disclosed.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schafft eine Koppelstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Drehratensensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4, ein Herstellungsverfahren für eine Koppelstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Herstellungsverfahren für eine Drehratensensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6.The invention creates a coupling structure with the features of claim 1, a rotation rate sensor device with the features of claim 4, a production method for a coupling structure with the features of claim 5 and a production method for a rotation rate sensor device with the features of claim 6.
Mittels der Koppelstrukturen ist ein gutes Einhalten einer gewünschten Anti-Parallelität von zwei schwingenden Schwingmassen auch bei einem einfach ausgeführten und kostengünstigen Antrieb gewährleistet.By means of the coupling structures, a desired anti-parallelism of two oscillating oscillating masses is ensured, even with a simple and inexpensive drive.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Koppelstruktur sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the coupling structure are described in the subclaims.
FigurenlisteFigure list
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1A bis C schematische Darstellungen einer Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt; wobei 1A ein Winkelelement, 1B zwei aneinander gekoppelte Winkelelemente und 1C die Koppelstruktur mit vier Winkelelementen darstellen;
- 2 bis 7 jeweils eine schematische Darstellung einer weiteren Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt; und
- 8 bis 15 jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung.
Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it: - 1A until C. schematic representations of a coupling structure for a rotation rate sensor device which does not fall under the present invention; whereby 1A an angle element, 1B two angle elements coupled to one another and 1C represent the coupling structure with four angle elements;
- 2 until 7th each a schematic representation of a further coupling structure for a rotation rate sensor device which does not fall under the present invention; and
- 8th until 15th each a schematic representation of an embodiment of a coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
1A bis C zeigen schematische Darstellungen einer Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt; wobei 1A ein Winkelelement, 1B zwei aneinander gekoppelte Winkelelemente und 1C die Koppelstruktur mit vier Winkelelementen darstellen. 1A until C. show schematic representations of a coupling structure for a rotation rate sensor device which does not fall under the present invention; whereby 1A an angle element, 1B two angle elements coupled to one another and 1C represent the coupling structure with four angle elements.
Das in 1A dargestellte Winkelelement 10 umfasst einen Verbindungsabschnitt 12, an welchem ein erster Schenkel 14a und ein zweiter Schenkel 14b fest angeordnet sind. Vorzugsweise ist das Winkelelement 10 einstückig ausgebildet. Der erste Schenkel 14a ist gegenüber dem zweiten Schenkel 14b in einen Winkel α zwischen 60° und 120° ausgerichtet. Insbesondere kann der Winkel α zwischen 80° und 100° liegen. Beispielsweise ist der Winkel α gleich 90°. Auf die Vorteile eines Winkels α gleich 90° wird unten noch eingegangen.This in 1A shown angle element 10 includes a connecting portion 12th on which a first leg 14a and a second leg 14b are firmly arranged. Preferably the angle element is 10 formed in one piece. The first leg 14a is opposite the second leg 14b aligned at an angle α between 60 ° and 120 °. In particular, the angle α can be between 80 ° and 100 °. For example, the angle α is equal to 90 °. The advantages of an angle α equal to 90 ° will be discussed below.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Winkelelement 10 starr oder nahezu starr ausgebildet ist. Eine auf einen der beiden Schenkel 14a oder 14b einwirkende Kraft unter einem Schwellwert zum Brechen des Winkelelements 10 führt somit nahezu nicht zu einer Änderung der Winkels α.It should be noted that the angle element 10 is rigid or almost rigid. One on one of the two legs 14a or 14b acting force below a threshold to break the angle element 10 thus hardly leads to a change in the angle α.
Das Winkelelement 10 ist an seinem Verbindungsabschnitt 12 drehbar gelagert. Das Winkelelement 10 wird dabei aus seiner Ausgangsstellung in mindestens eine dargestellte Endstellung verstellt.The angle element 10 is at its connecting portion 12th rotatably mounted. The angle element 10 is moved from its starting position into at least one illustrated end position.
Beispielsweise weist das Winkelelement 10 an seinem Verbindungsabschnitt 12 eine durchgehende Öffnung 16 auf, in welche ein Scharnier 18 eingreift. Das Scharnier 18 ist fest an ein (nicht skizziertes) Gehäuse der Koppelstruktur mit dem Winkelelement 10 angekoppelt. Dieses Gehäuse wird häufig auch als Substrat bezeichnet. Vorzugsweise ist das Winkelelement 10 somit um eine senkrecht zu den beiden Schenkeln 14a und 14b verlaufende Drehachse drehbar. Da Ausführungsformen für ein geeignetes Scharnier 18 oder eine Befestigungseinrichtung zum drehbaren Lagern des Winkelelements 10 aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht weiter darauf eingegangen.For example, the angle element 10 at its connecting portion 12th a continuous opening 16 on which a hinge 18th intervenes. The hinge 18th is firmly attached to a (not shown) housing of the coupling structure with the angle element 10 coupled. This housing is often referred to as a substrate. Preferably the angle element is 10 thus one perpendicular to the two legs 14a and 14b running axis of rotation rotatable. As embodiments for a suitable hinge 18th or a fastening device for the rotatable mounting of the angle element 10 are known from the prior art, will not be discussed further here.
Statt der Verwendung eines Scharniers 18 wäre auch denkbar, dass das Element 18 ein federelastisches Element bezeichnet, welches einerseits an der Drehachse 16 angekoppelt ist und dort eingreift und welches andererseits am Substrat angebunden ist.Instead of using a hinge 18th would also be conceivable that the element 18th a resilient element referred to, which on the one hand on the axis of rotation 16 is coupled and engages there and which is on the other hand connected to the substrate.
Aufgrund seiner drehbaren Lagerung ist das Winkelelement 10 dazu ausgebildet, eine auf den ersten Schenkel 14a einwirkende Kraft, welche eine Drehbewegung 20a des von dem Verbindungsabschnitt 12 abgewandten Endes 22a des ersten Schenkels 14a um die Drehachse bewirkt, in eine Drehbewegung 20b des dem Verbindungsabschnitt 12 gegenüber liegenden Endes 22b des zweiten Schenkels 14b zu übersetzen. Eine entsprechende Übersetzung ist auch möglich bei einer auf den zweiten Schenkel 14b einwirkenden Kraft.Due to its rotatable mounting, the angle element is 10 designed to place one on the first leg 14a acting force, which is a rotational movement 20a of the connection section 12th remote end 22a of the first leg 14a around the axis of rotation causes a rotary motion 20b of the connecting section 12th opposite end 22b of the second leg 14b to translate. A corresponding translation is also possible with one on the second leg 14b acting force.
In dem in 1A bis C gezeigten Beispiel ist der Winkel α gleich 90°, der erste Schenkel 14a verläuft in seiner Ausgangslage parallel zu einer y-Achse und der zweite Schenkel 14b ist in seiner Ausgangslage parallel zu der x-Achse ausgerichtet. Somit ist das Winkelelement 10 dazu ausgelegt, eine Bewegung des ersten Schenkels in die x-Richtung in eine Bewegung des zweiten Schenkels in die y-Richtung zu übersetzen. Auf die Vorteile einer derartigen Übersetzung wird in den folgenden Abschnitten genauer eingegangen.In the in 1A until C. shown example, the angle α is 90 °, the first leg 14a runs in its starting position parallel to a y-axis and the second leg 14b is aligned parallel to the x-axis in its starting position. Thus is the angle element 10 designed to translate a movement of the first leg in the x direction into a movement of the second leg in the y direction. The advantages of such a translation are discussed in more detail in the following sections.
Die in 1B dargestellten Winkelelemente 10a und 10b entsprechen dem anhand der 1A beschriebenen Winkelelement. Auf Ihre Form und ihre drehbare Lagerung wird deshalb hier nicht noch einmal eingegangen.In the 1B shown angle elements 10a and 10b correspond to the 1A described angle element. Their shape and their rotatable mounting are therefore not discussed again here.
Das erste Winkelelement 10a und das zweite Winkelelement 10b sind spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse 30 ausgerichtet. Die Symmetrieachse 30 verläuft parallel zur y-Achse durch einen Kontaktpunkt 32a, an welchem ein zu dem zweiten Winkelelement 10b benachbartes Ende des ersten Winkelelements 10a mittels einer Biegefeder 34a angekoppelt ist. Entsprechend ist auch ein zu dem ersten Winkelelement 10a benachbartes Ende des zweiten Winkelelements 10b mittels einer Biegefeder 34b an den Kontaktpunkt 32a angekoppelt.The first angle element 10a and the second angle element 10b are mirror symmetrical to an axis of symmetry 30th aligned. The axis of symmetry 30th runs parallel to the y-axis through a contact point 32a , at which one to the second angle element 10b adjacent end of the first angle element 10a by means of a spiral spring 34a is coupled. A corresponding to the first angle element is also 10a adjacent end of the second angle element 10b by means of a spiral spring 34b to the contact point 32a coupled.
Auch die anderen Enden der beiden Winkelelemente 10a und 10b sind mittels je einer Biegefeder 36a und 36b an jeweils einen Kontaktpunkt 38a oder 38b angekoppelt. Die Anordnung der Biegefedern 34a, 34b, 36a und 36b, welche auch als Querfedern bezeichenbar sind, ist spiegelsymmetrisch zur Symmetrieachse 30.Also the other ends of the two angle elements 10a and 10b are each by means of a spiral spring 36a and 36b at one contact point each 38a or 38b coupled. The arrangement of the spiral springs 34a , 34b , 36a and 36b , which can also be referred to as transverse springs, is mirror-symmetrical to the axis of symmetry 30th .
Es sei darauf hingewiesen, dass an den Kontaktpunkten 32a, 32b; 38a, 38b die Enden der Querfedern angetrieben werden oder diese frei bewegbar sind. Es ist vielmehr völlig offen, an welchen Punkten die Gesamtstruktur angetrieben wird.It should be noted that at the contact points 32a , 32b ; 38a , 38b the ends of the transverse springs are driven or they are freely movable. Rather, it is completely open at which points the overall structure is driven.
Jeder der beiden Antriebspunkte 38a und 38b ist so an einen Antrieb gekoppelt, dass die Antriebspunkte 38a und 38b in lineare Schwingbewegungen versetzbar sind. Beispiele für einen derartigen Antrieb werden unten noch beschrieben. Die Schwingbewegungen der beiden Antriebspunkte 38a und 38b sind vorzugsweise parallel zur x-Achse ausgerichtet. Insbesondere kann der Kontaktpunkt 38a anti-parallel zu den Antriebspunkt 38b in Schwingungen versetzt werden. Zwischen den Schwingbewegungen der beiden Antriebspunkte 38a und 38b liegt in diesem Fall eine Phasendifferenz von 180°. Man bezeichnet derartige Schwingbewegungen deshalb häufig auch als gegenphasige Schwingbewegungen.Each of the two driving points 38a and 38b is coupled to a drive in such a way that the drive points 38a and 38b are displaceable in linear oscillating movements. Examples of such Drives are described below. The oscillating movements of the two drive points 38a and 38b are preferably aligned parallel to the x-axis. In particular, the contact point 38a anti-parallel to the drive point 38b are set in vibration. Between the oscillating movements of the two drive points 38a and 38b in this case there is a phase difference of 180 °. Such oscillating movements are therefore often referred to as oscillating movements in opposite phase.
Über die Biegefedern 36a und 36b werden die anti-parallelen Schwingbewegungen der Antriebspunkte 38a und 38b in zueinander bezüglich der Symmetrieachse 30 symmetrische Drehbewegungen der Winkelelemente 10a und 10b übersetzt. Die beiden Winkelelemente verstellen sich dabei aus ihren zueinander spiegelsymmetrischen Ausgangslagen in Endlagen, welche ebenfalls bezüglich der Symmetrieachse 30 spiegelsymmetrisch ausgerichtet sind.About the spiral springs 36a and 36b become the anti-parallel oscillating movements of the drive points 38a and 38b in to each other with respect to the axis of symmetry 30th symmetrical rotary movements of the angle elements 10a and 10b translated. The two angle elements move from their mirror-symmetrical starting positions to one another into end positions, which are also related to the axis of symmetry 30th are aligned mirror-symmetrically.
Aufgrund der spiegelsymmetrischen Anordnung der beiden Querfedern 34a und 34b heben sich deren Querkräfte heraus und die Drehbewegungen der beiden Winkelelemente 10a und 10b werden in eine geradlinige Bewegung des Kontaktpunkts 32a entlang der Symmetrieachse 30 übersetzt. Die beiden Winkelelemente 10a und 10b bieten somit eine Möglichkeit, die linearen, anti-parallelen Bewegungen der beiden Antriebspunkte 38a und 38b entlang einer ersten Richtung in eine geradlinige Bewegung des Kontaktpunkts 32a entlang einer zu der ersten Richtung nicht-parallel zweiten Richtung zu übersetzen. Insbesondere können auf diese Weise, wie in 1B gezeigt, die anti-parallelen Bewegungen der beiden Antriebspunkte 38a und 38b entlang der x-Achse in die geradlinige Bewegung des Kontaktpunkts 32a entlang der y-Achse übersetzt werden. Selbstverständlich ist es auf entsprechende Weise auch möglich, eine Bewegung des Kontaktpunkts 32a in anti-parallele Bewegungen der beiden Antriebspunkte 38a und 38b zu übersetzen.Due to the mirror-symmetrical arrangement of the two transverse springs 34a and 34b their transverse forces and the rotary movements of the two angular elements stand out 10a and 10b will be in a straight line movement of the contact point 32a along the axis of symmetry 30th translated. The two angle elements 10a and 10b thus offer a possibility of the linear, anti-parallel movements of the two drive points 38a and 38b along a first direction in rectilinear movement of the contact point 32a to translate along a second direction non-parallel to the first direction. In particular, in this way, as in 1B shown the anti-parallel movements of the two drive points 38a and 38b along the x-axis into the rectilinear movement of the contact point 32a translated along the y-axis. It is of course also possible in a corresponding manner to move the contact point 32a in anti-parallel movements of the two drive points 38a and 38b to translate.
Die in 1C schematisch dargestellte Koppelstruktur 40 umfasst einen Linearschwinger aus zwei Schwingmassen 42a und 42b (seismische Massen), welche mittels einer Feder 44 aneinander gekoppelt sind. Der Linearschwinger mit den Komponenten 42a, 42b und 44 ist von einem Rahmen der Koppelstruktur 40 umgeben, welcher aus vier Winkelelementen 10a bis 10d zusammengesetzt ist. In the 1C coupling structure shown schematically 40 comprises a linear oscillator made up of two oscillating masses 42a and 42b (seismic masses), which by means of a spring 44 are coupled to each other. The linear oscillator with the components 42a , 42b and 44 is from a frame of the coupling structure 40 surrounded, which consists of four angular elements 10a until 10d is composed.
Die Winkelelemente 10a und 10b und die mit ihnen zusammenwirkenden Komponenten 32a, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a und 38b sind oben bereits beschrieben. Die weiteren Winkelelemente 10c und 10d sind bezüglich einer Symmetrieachse 46, welche in einem Winkel von 90° zu der Symmetrieachse 30 ausgerichtet ist, spiegelsymmetrisch zu den Winkelelementen 10a und 10b angeordnet. Das zu dem Winkelelement 10a benachbarte Ende des Winkelelements 10c ist ebenfalls mittels einer Biegefeder 36c mit dem Kontaktpunkt 38a verbunden. Entsprechend ist auch der Antriebspunkt 38b mittels einer Biegefeder 36d mit einem Ende des Winkelelements 10d verbunden. Zusätzlich sind die Winkelelemente 10c und 10d, entsprechend den Winkelelementen 10a und 10b, mittels zweier Biegefedern 34c und 34d mit einem weiteren Kontaktpunkt 32b verbunden. Die Biegefedern 34a bis 34d und 36a bis 36d sind vorzugsweise als weiche Biegefedern ausgebildet.The angular elements 10a and 10b and the components that interact with them 32a , 34a , 34b , 36a , 36b , 38a and 38b are already described above. The other angle elements 10c and 10d are with respect to an axis of symmetry 46 which is at an angle of 90 ° to the axis of symmetry 30th is aligned, mirror-symmetrical to the angle elements 10a and 10b arranged. That about the angle element 10a adjacent end of the angle element 10c is also by means of a spiral spring 36c with the contact point 38a tied together. The drive point is also corresponding 38b by means of a spiral spring 36d with one end of the angle element 10d tied together. In addition are the angle elements 10c and 10d , according to the angle elements 10a and 10b , by means of two spiral springs 34c and 34d with another contact point 32b tied together. The spiral springs 34a until 34d and 36a until 36d are preferably designed as soft spiral springs.
Der auf diese Weise zusammengesetzte Rahmen der Koppelstruktur 40, welcher den Linearschwinger mit den Komponenten 42a, 42b und 44 umgibt, ist bezüglich der parallel zu der y-Achse verlaufenden Symmetrieachse 30 und bezüglich der parallel zur x-Achse verlaufenden Symmetrieachse 46 spiegelsymmetrisch. Somit heben sich die Querkräfte aller zusammenwirkenden Querfedern 34a bis 34d und 36a bis 36d gegeneinander auf.The frame of the coupling structure assembled in this way 40 , which the linear oscillator with the components 42a , 42b and 44 surrounds is with respect to the axis of symmetry running parallel to the y-axis 30th and with respect to the axis of symmetry running parallel to the x-axis 46 mirror symmetry. Thus, the transverse forces of all interacting transverse springs are lifted 34a until 34d and 36a until 36d against each other.
Wie oben bereits beschrieben, können die beiden Antriebspunkte 36a und 36b mittels eines (nicht dargestellten) Antriebs in anti-parallele Schwingbewegungen, welche parallel zur x-Achse ausgerichtet sind, versetzt werden. Diese Schwingbewegungen der beiden Antriebspunkte 38a und 38b werden in eine entlang der y-Achse gerichtete gegenphasige Schwingbewegung der beiden Kontaktpunkte 32a und 32b übersetzt. Somit ist die Koppelstruktur 40 besonders gut dazu ausgelegt, gegenphasige Schwingbewegungen entlang einer ersten Richtung in gegenphasige Schwingbewegungen entlang einer zweiten Richtung zu übersetzen.As already described above, the two drive points 36a and 36b by means of a drive (not shown) in anti-parallel oscillating movements which are aligned parallel to the x-axis. These oscillating movements of the two drive points 38a and 38b are in an anti-phase oscillating movement of the two contact points directed along the y-axis 32a and 32b translated. Thus is the coupling structure 40 particularly well designed to translate antiphase oscillating movements along a first direction into antiphase oscillating movements along a second direction.
Die erste Schwingmasse 42a ist mittels einer ersten Verbindungskomponente 48a an den Kontaktpunkt 32a gekoppelt. Entsprechend ist auch die zweite Schwingmassen 42d mittels einer zweiten Verbindungskomponente 48b mit dem Kontaktpunkt 32b verbunden. Somit bewirken die durch den Antrieb angeregten Schwingbewegungen der Kontaktpunkte 32a und 32b gegenphasige Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a und 42b, welche parallel zur y-Achse ausgerichtet sind.The first oscillating mass 42a is by means of a first connection component 48a to the contact point 32a coupled. The second oscillating mass is correspondingly 42d by means of a second connection component 48b with the contact point 32b tied together. The vibrating movements of the contact points, which are excited by the drive, are thus produced 32a and 32b antiphase oscillating movements of the oscillating masses 42a and 42b which are aligned parallel to the y-axis.
Es wird hier darauf hingewiesen, dass die Koppelstruktur 40 so ausgelegt ist, dass sie die Schwingbewegungen der Antriebspunkte 36a und 36b in gegenphasige Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a und 42b übersetzt. Somit bietet die Koppelstruktur eine verlässliche und kostengünstige Möglichkeit, um die Schwingmassen 42a und 42b verlässlich mittels eines Antriebs in die gewünschten Schwingbewegungen zu versetzen.It is pointed out here that the coupling structure 40 is designed so that it absorbs the oscillating movements of the drive points 36a and 36b in antiphase oscillating movements of the oscillating masses 42a and 42b translated. Thus, the coupling structure offers a reliable and inexpensive way to move the oscillating masses 42a and 42b reliably set in the desired oscillating movements by means of a drive.
Die Koppelstruktur 40 kann an einen (nicht dargestellten) rotierbaren Körper fest angeordnet werden. Dreht sich der Körper bei einer gegenphasigen Schwingbewegung der Schwingmassen 42a und 42b um eine zu der y-Achse nicht-parallele Rotationsachse, so werden die Schwingmassen 42a und 42b durch Corioliskräfte in entgegen gesetzte Richtungen senkrecht zu der y-Achse ausgelenkt. Rotiert der rotierbare Körper beispielsweise um die z-Achse, so erfahren die beiden Schwingmassen 42a und 42b Auslenkungen entlang der x-Achse. Entsprechend bewirkt eine Rotation um die x-Achse Auslenkungen der Schwingmassen 42a und 42b entlang der z-Achse.The coupling structure 40 can be fixedly arranged on a rotatable body (not shown). Does the body turn in one antiphase oscillating movement of the oscillating masses 42a and 42b about an axis of rotation that is not parallel to the y-axis, the oscillating masses become 42a and 42b deflected by Coriolis forces in opposite directions perpendicular to the y-axis. If the rotatable body rotates around the z-axis, for example, the two oscillating masses experience 42a and 42b Displacements along the x-axis. Correspondingly, a rotation around the x-axis causes deflections of the oscillating masses 42a and 42b along the z-axis.
Die Auslenkungen der Schwingmassen 42a und 42b in eine zur y-Achse senkrecht ausgerichtete Richtungen können mittels herkömmlicher Verfahren gemessen und anschließend in mindestens eine die Rotationsbewegung des Körpers beschreibende Größe, wie beispielsweise eine Ausrichtung der Rotationsachse und/oder eine Drehrate, umgerechnet werden. Da die Auswertung der Auslenkungen der Schwingmassen 42a und 42b zum Festlegen der festzustellenden Größe der Rotationsbewegung des Körpers aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird hier nicht darauf eingegangen.The deflections of the oscillating masses 42a and 42b Measurements can be made in a direction perpendicular to the y-axis using conventional methods and then converted into at least one variable describing the rotational movement of the body, such as an alignment of the rotational axis and / or a rate of rotation. Since the evaluation of the deflections of the oscillating masses 42a and 42b is known from the prior art for determining the size of the rotational movement of the body to be determined, it will not be discussed here.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt. 2 shows a schematic representation of a further coupling structure for a rotation rate sensor device, which does not fall under the present invention.
Die dargestellte Koppelstruktur 60 für eine Drehratensensorvorrichtung unterscheidet sich von der Koppelstruktur der 1A bis C darin, dass zum Zusammensetzen des Rahmens der Koppelstruktur 60 anstelle der Biegefedern U-Federn 62 verwendet werden. Ansonsten sind die Winkelelemente 10a bis 10d auf die schon beschriebene Weise mit den Antriebspunkten 38a und 38b und den Kontaktpunkten 32a und 32b verbunden. Die Koppelstruktur 60 gewährleistet damit die oben schon beschriebenen Vorteile.The coupling structure shown 60 for a rotation rate sensor device differs from the coupling structure of FIG 1A until C. in that to assemble the frame of the coupling structure 60 U-springs instead of spiral springs 62 be used. Otherwise the angle elements are 10a until 10d in the manner already described with the drive points 38a and 38b and the contact points 32a and 32b tied together. The coupling structure 60 thus guarantees the advantages already described above.
Vorzugsweise können die U-Federn 62 so angeordnet werden, dass mindestens eine der U-Federn 62 in einen von dem Rahmen aufgespannten Rahmeninnenraum hineinragt. Die Koppelstruktur 60 benötigt in diesem Fall weniger Anbringfläche.Preferably the U-springs 62 be arranged so that at least one of the U-springs 62 protrudes into a frame interior spanned by the frame. The coupling structure 60 in this case requires less mounting surface.
Die anhand der 1A bis C und 2 beschriebenen Koppelstrukturen werden vorzugsweise für einkanalige Drehratensensorvorrichtungen mit einer sensitiven Achse verwendet. In der Regel kann mit einer derartigen Drehratensensorvorrichtung eine Rotation eines rotierbaren Körpers um nur eine vorgegebene Raumachse, welche als sensitive Achse bezeichenbar ist, erfasst und bezüglich mindestens einer ihrer Größen ausgewertet werden.Based on the 1A until C. and 2 The coupling structures described are preferably used for single-channel rotation rate sensor devices with a sensitive axis. As a rule, a rotation rate sensor device of this type can be used to detect a rotation of a rotatable body about only one predetermined spatial axis, which can be referred to as a sensitive axis, and to evaluate it with regard to at least one of its variables.
Die im Folgenden beschriebenen Koppelstrukturen eignen sich besonders für mehrkanalige Drehratensensorvorrichtungen, welche dazu ausgelegt sind, eine Rotation eines rotierbaren Körpers um mindestens zwei sensitive Achsen zu erfassen und bezüglich mindestens einer ihrer Größen auszuwerten.The coupling structures described below are particularly suitable for multi-channel rotation rate sensor devices which are designed to detect a rotation of a rotatable body about at least two sensitive axes and to evaluate it with regard to at least one of its variables.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt. 3 shows a schematic representation of a further coupling structure for a rotation rate sensor device, which does not fall under the present invention.
Die dargestellte Koppelstruktur 80 für eine Drehratensensorvorrichtung ist eine Kombination aus zwei der anhand der 1A bis C beschriebenen Koppelstrukturen 40 und 40'. Dabei ist die Koppelstruktur 40' gegenüber der Koppelstruktur 40 um einen Winkel von 90° gedreht angeordnet. Während die Schwingmassen 42a und 42b der Koppelstruktur 40 parallel zu der y-Achse schwingen, sind die Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a' und 42b' der Koppelstruktur 40' parallel zu der x-Achse ausgerichtet.The coupling structure shown 80 for a rotation rate sensor device is a combination of two of the based on the 1A until C. coupling structures described 40 and 40 ' . Here is the coupling structure 40 ' compared to the coupling structure 40 Arranged rotated by an angle of 90 °. While the oscillating masses 42a and 42b the coupling structure 40 oscillate parallel to the y-axis, are the oscillating movements of the oscillating masses 42a ' and 42b ' the coupling structure 40 ' aligned parallel to the x-axis.
Die Koppelstrukturen 40 und 40' weisen einen gemeinsamen Antriebs- und Kontaktpunkt 82 auf, über welchen die Koppelstrukturen 40 und 40' aneinander gekoppelt sind. Der gemeinsame Antriebs- und Kontaktpunkt 82 fungiert bei der Koppelstruktur 40' als Kontaktpunkt. Demgegenüber wirkt der Antrieb- und Kontaktpunkt 82 bei der Koppelstruktur 40 als Antriebpunkt. Durch diesen gemeinsamen Antrieb- und Kontaktpunkt 82 ist ein Zusammenwirken der beiden Drehratensensorvorrichtungen 40 und 40' so gewährleistet, dass die Schwingungen der Schwingmassen 42a, 42b 42a' und 42b' einander entsprechen. Insbesondere gewährleistet der gemeinsame Antrieb- und Kontaktpunkt 82, dass die Amplituden der Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' gleich sind.The coupling structures 40 and 40 ' have a common drive and contact point 82 on over which the coupling structures 40 and 40 ' are coupled to each other. The common driving and contact point 82 functions in the coupling structure 40 ' as a contact point. In contrast, the drive and contact point act 82 in the coupling structure 40 as a driving point. Through this common drive and contact point 82 is an interaction of the two rotation rate sensor devices 40 and 40 ' thus ensuring that the vibrations of the oscillating masses 42a , 42b 42a ' and 42b ' correspond to each other. In particular, the common drive and contact point ensures 82 that the amplitudes of the oscillating movements of the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' are the same.
Eine verlässliche Kopplung zwischen den beiden Koppelstrukturen 40 und 40' ist auch durch eine zusätzliche, einzelne Verbindungsfeder gewährleistet. Zusätzlich ist auf diese Weise auch eine Übertragung von Störbewegungen zwischen den beiden Koppelstrukturen 40 und 40' gut verhinderbar.A reliable coupling between the two coupling structures 40 and 40 ' is also guaranteed by an additional, single connecting spring. In addition, there is also a transmission of disruptive movements between the two coupling structures in this way 40 and 40 ' easily preventable.
Die Drehratensensorvorrichtung mit der Koppelstruktur 80 ist dazu ausgelegt, bei einem Befestigen der Drehratensensorvorrichtung an einen drehbaren Körper, mindestens eine Größe einer Rotationsbewegung des Körper um zwei sensitive Achsen zu ermitteln. Somit kann die Drehratensensorvorrichtung mit der Koppelstruktur 80 so ausgelegt werden, dass sowohl eine Rotation des Körpers um eine erste Rotationsachse als auch um eine senkrecht zu der ersten Rotationsachse ausgerichtete zweite Rotationsachse feststellbar und bezüglich ihrer Größen erkennbar ist. Dabei kann die Rotationsbewegung des Körpers eine Auslenkung der Schwingmassen 42a und 42b in die xz-Ebene und/oder eine Auslenkung der Schwingmassen 42a' und 42b' in die yz-Ebene bewirken. Beispielsweise wird mittels der Schwingmassen 42a und 42b eine Rotation um die z-Achse und mittels der Schwingmassen 42a' und 42b' eine Rotation um die y-Achse festgestellt. Als Alternative dazu kann mittels der Schwingmassen 42a und 42b auch eine Rotation um die x-Achse und mittels der Schwingmassen 42a' und 42b' eine Rotation um die z-Achse vermessen werden. Natürlich ist auch die Kombination aus der Messung der Rotation um die x- bzw. y-Achse denkbar.The rotation rate sensor device with the coupling structure 80 is designed to determine at least one variable of a rotational movement of the body about two sensitive axes when the rotation rate sensor device is attached to a rotatable body. Thus, the yaw rate sensor device can with the coupling structure 80 be designed so that both a rotation of the body about a first axis of rotation and about a second axis of rotation aligned perpendicular to the first axis of rotation can be determined and their sizes can be recognized. The rotational movement of the body can result in a deflection of the oscillating masses 42a and 42b in the xz plane and / or a deflection the oscillating masses 42a ' and 42b ' in the yz plane. For example, by means of the oscillating masses 42a and 42b a rotation around the z-axis and by means of the oscillating masses 42a ' and 42b ' a rotation around the y-axis was detected. As an alternative to this, the oscillating masses 42a and 42b also a rotation around the x-axis and by means of the oscillating masses 42a ' and 42b ' a rotation around the z-axis can be measured. Of course, the combination of measuring the rotation about the x or y axis is also conceivable.
Die Sensoreinrichtungen zum Ermitteln der Auslenkungen der schwingenden Schwingachsen 42a, 42b, 42a' und 42b' können entsprechend der vorgegebenen Richtung der zu ermittelnden Auslenkungen inplain Detektionsstrukturen und/oder out-of-plain Detektionsstrukturen sein. Da derartige Sensor- und Auswerteeinrichtungen zum Erkennen der Auslenkungen der Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' und zum Festlegen der mindestens einen Größe der Rotationsbewegung unter Berücksichtigung der erkannten Auslenkungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden sie hier nicht beschrieben.The sensor devices for determining the deflections of the oscillating oscillation axes 42a , 42b , 42a ' and 42b ' can be inplain detection structures and / or out-of-plain detection structures in accordance with the specified direction of the deflections to be determined. Since such sensor and evaluation devices for detecting the deflections of the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' and for determining the at least one variable of the rotational movement taking into account the detected deflections are known from the prior art, they are not described here.
Als Alternative zu der anhand der 3 beschriebenen Koppelstruktur 80 können die Koppelstrukturen 40 und 40' auch so aneinander angekoppelt werden, dass ihre Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' parallel zueinander schwingen. Beispielsweise ist mit einer derartigen Koppelstruktur, bei welcher die Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' entlang der y-Achse schwingen, sowohl eine Rotation um die x-Achse als auch eine Rotation um die z-Achse ermittelbar.As an alternative to using the 3 coupling structure described 80 can use the coupling structures 40 and 40 ' can also be coupled to one another in such a way that their oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' swing parallel to each other. For example, with such a coupling structure in which the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' oscillate along the y-axis, both a rotation about the x-axis and a rotation about the z-axis can be determined.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt. 4th shows a schematic representation of a further coupling structure for a rotation rate sensor device, which does not fall under the present invention.
Die in 4 dargestellte Koppelstruktur 90 für eine Drehratensensorvorrichtung kann als kompaktere Ausbildungsform der anhand der 3 beschriebenen Koppelstruktur bezeichnet werden. Die Koppelstruktur 90 kann aus der Koppelstruktur der 3 gebildet werden, indem die Winkelelemente 10b, 10d, 10b' und 10a' durch zwei T-förmige Winkelelemente 92a und 92b ersetzt werden.In the 4th shown coupling structure 90 for a rotation rate sensor device can be used as a more compact embodiment based on the 3 described coupling structure are referred to. The coupling structure 90 can be derived from the coupling structure of the 3 be formed by the angular elements 10b , 10d , 10b ' and 10a ' thanks to two T-shaped angle elements 92a and 92b be replaced.
Dabei weisen die T-förmigen Winkelelemente 92a und 92b einen zusätzlichen dritten Schenkel aus, welcher in einem Neigungswinkel zwischen 60° und 120° zu dem benachbarten Schenkel am Verbindungsabschnitt befestigt ist. Vorzugsweise sind die T-förmigen Winkelelemente 92a und 92b so ausgebildet, dass zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel und zwischen dem zweiten Schenkel und dem dritten Schenkel jeweils ein Winkel von 90° vorliegt.The T-shaped angle elements have 92a and 92b an additional third leg, which is attached to the connecting section at an angle of inclination between 60 ° and 120 ° to the adjacent leg. The angle elements are preferably T-shaped 92a and 92b designed so that there is an angle of 90 ° between the first leg and the second leg and between the second leg and the third leg.
Auch die T-förmigen Winkelelemente 92a und 92b sind so angeordnet, dass sie um eine durch den Verbindungsabschnitt verlaufende Drehachse drehbar sind. Die T-förmigen Winkelelemente 92a und 92b gewährleisten somit die schon beschriebenen Einsatzmöglichkeiten und Vorteile.Also the T-shaped angle elements 92a and 92b are arranged so that they are rotatable about an axis of rotation extending through the connecting portion. The T-shaped angle elements 92a and 92b thus guarantee the possible uses and advantages already described.
Zum Ersetzen der Winkelelemente 10b, 10d, 10b' und 10a' der Koppelstruktur der 3 werden die T-förmigen Winkelelemente 92a und 92b auf die oben schon beschriebene Weise mit den übrigen Komponenten zusammengekoppelt. Die auf diese Weise gewonnene Koppelstruktur 90 weist den Vorteil auf, dass sie weniger Anbringfläche zum Ausführen ihrer Funktion benötigt.To replace the angle elements 10b , 10d , 10b ' and 10a ' the coupling structure of the 3 become the T-shaped angle elements 92a and 92b coupled together with the other components in the manner already described above. The coupling structure obtained in this way 90 has the advantage that it requires less mounting surface to perform its function.
Die Koppelstruktur 90 gewährleistet ein ausgeglichenes gegenphasiges Zusammenschwingen der Schwingmassen 42a und 42b entlang der y-Achse bei einem gleichzeitigen gegenphasigen Zusammenschwingen der Schwingmassen 42a' und 42b' entlang der x-Achse. Auf diese Weise ist eine Drehratensensorvorrichtung mit der Koppelstruktur 90 dazu ausgelegt, nach einem Anbringen an einem rotierbaren Körper eine Rotierbewegung des Körpers um zwei zueinander senkrecht ausgerichtete Rotationsachsen festzustellen. Zusätzlich ist die Koppelstruktur 90 kompakter ausgebildet und weist deshalb ein geringeres Beschädigungsrisiko auf.The coupling structure 90 ensures a balanced out-of-phase oscillation of the oscillating masses 42a and 42b along the y-axis with simultaneous oscillation of the oscillating masses in antiphase 42a ' and 42b ' along the x-axis. In this way there is a rotation rate sensor device with the coupling structure 90 designed to determine, after attachment to a rotatable body, a rotational movement of the body about two axes of rotation aligned perpendicular to one another. In addition, there is the coupling structure 90 more compact and therefore has a lower risk of damage.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt. 5 shows a schematic representation of a further coupling structure for a rotation rate sensor device, which does not fall under the present invention.
Die in 5 dargestellte Koppelstruktur 100 eignet sich gut für dreikanalige Drehratensensorvorrichtung. Sie kann als eine Kombination der anhand der 1A bis C und 3 beschriebenen Koppelstrukturen 40 und 80 bezeichnet werden. Dabei sind die insgesamt drei Koppelstrukturen 40 und 40' über zwei Antrieb- und Kontaktpunkte 82 miteinander verbunden. Somit ist gewährleistet, dass die sechs verschiedenen Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' der Koppelstruktur 100 sich in ihrem Schwingverhalten aneinander anpassen. Insbesondere ist damit sichergestellt, dass die Amplituden der Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' gleich sind.In the 5 shown coupling structure 100 is well suited for a three-channel rotation rate sensor device. It can be used as a combination of the 1A until C. and 3 coupling structures described 40 and 80 are designated. There are three coupling structures in total 40 and 40 ' via two drive and contact points 82 connected with each other. This ensures that the six different oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' the coupling structure 100 adapt to each other in their vibration behavior. In particular, this ensures that the amplitudes of the oscillating movements of the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' are the same.
Rotiert ein Körper mit der Koppelstruktur 100 um eine Rotationsachse, so werden mindestens zwei Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' ausgelenkt. Mittels einer geeigneten Sensoreinrichtung können die Auslenkungen aller Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' erfasst und bezüglich einer wahrscheinlichen Rotationsbewegung des rotierbaren Körpers ausgewertet werden. Da dazu geeignete Sensor- und Auswerteeinrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht darauf eingegangen.Rotates a body with the coupling structure 100 around an axis of rotation, there are at least two oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' deflected. The deflections of all oscillating masses can be measured by means of a suitable sensor device 42a , 42b , 42a ' and 42b ' detected and evaluated with respect to a probable rotational movement of the rotatable body. Since suitable sensor and evaluation devices are available from the stand are known in the art, will not be discussed here.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt. 6th shows a schematic representation of a further coupling structure for a rotation rate sensor device, which does not fall under the present invention.
Die Koppelstruktur 110 für eine Drehratensensorvorrichtung weist gegenüber der vorhergehenden, anhand der 5 beschriebenen Koppelstruktur eine kompaktere Bauweise auf. Dabei kann die Koppelstruktur 110 als Kombination der Koppelstrukturen 40 und 90 der 1A bis C und 4 bezeichnet werden. Die verbesserte Kompaktheit der Koppelstruktur 110 wird vor allem durch die Verwendung eines kreuzförmigen Winkelelements 112 und zweier T-förmiger Winkelelemente 92a und 92b erreicht.The coupling structure 110 for a rotation rate sensor device has compared to the previous one, based on the 5 coupling structure described on a more compact design. The coupling structure 110 as a combination of the coupling structures 40 and 90 the 1A until C. and 4th are designated. The improved compactness of the coupling structure 110 is mainly due to the use of a cross-shaped angle element 112 and two T-shaped angle elements 92a and 92b achieved.
Das kreuzförmige Winkelelement 112 weist vier Schenkel auf, welche fest an einem Verbindungsabschnitt angeordnet sind. Vorzugsweise liegt zwischen zwei benachbarten Schenkeln jeweils ein Winkel von 90°. Mittels eines kreuzförmigen Winkelelements 112 können mindestens drei Winkelelemente mit nur zwei Schenkeln ersetzt werden. Dabei gewährleisten das kreuzförmige Winkelelement 112 und die beiden T-förmigen Winkelelemente 92a und 92b ein angepasstes Schwingen der insgesamt sechs Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' in zwei verschiedenen Raumrichtungen (x- und y-Richtung). Dabei schwingen jeweils zwei Schwingmassen 42a und 42b oder 42a' und 42b' eines Linearschwingers gegenphasig zueinander. Insbesondere ist gewährleistet, dass die Amplituden der Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' gleich sind.The cruciform angle element 112 has four legs which are fixedly arranged on a connecting section. Preferably there is an angle of 90 ° between two adjacent legs. By means of a cross-shaped angle element 112 at least three angle elements with only two legs can be replaced. Ensure the cross-shaped angle element 112 and the two T-shaped angle elements 92a and 92b an adapted oscillation of the total of six oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' in two different spatial directions (x and y direction). Two oscillating masses vibrate in each case 42a and 42b or 42a ' and 42b ' of a linear oscillator in phase opposition to each other. In particular, it is ensured that the amplitudes of the oscillating movements of the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' are the same.
Somit kann auch mittels der Koppelstruktur 110 eine Rotation eines rotierbaren Körpers in eine beliebige Raumrichtung erfasst und mittels ihrer Größen ausgewertet werden.Thus, by means of the coupling structure 110 a rotation of a rotatable body in any spatial direction can be detected and evaluated by means of its sizes.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt. 7th shows a schematic representation of a further coupling structure for a rotation rate sensor device, which does not fall under the present invention.
Die wiedergegebene Koppelstruktur 120 für eine Drehratensensorvorrichtung weist insgesamt acht Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' auf, wobei jeweils zwei Schwingmassen 42a und 42b (bzw. 42a' und 42b') mittels einer Feder 44 (bzw. 44') direkt aneinander gekoppelt sind. Dabei sind zwei aneinander gekoppelte Schwingmassen 42a und 42b so angeordnet, dass sie gegenphasige Schwingbewegungen parallel zur y-Achse ausführen können. Gleichzeitig gewährleistet die Koppelstruktur 120, dass zwei aneinander gekoppelte Schwingmassen 42a' und 42b' jeweils gegenphasig parallel zur x-Achse schwingen.The reproduced coupling structure 120 for a rotation rate sensor device has a total of eight oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' on, with two oscillating masses each 42a and 42b (respectively. 42a ' and 42b ' ) by means of a spring 44 (respectively. 44 ' ) are directly coupled to each other. There are two oscillating masses coupled to one another 42a and 42b arranged in such a way that they can perform oscillating movements in opposite phase parallel to the y-axis. At the same time, the coupling structure ensures 120 that two oscillating masses coupled to one another 42a ' and 42b ' each swing out of phase parallel to the x-axis.
Die Koppelstruktur 120 kann als Kombination von je zwei Koppelstrukturen 40 und 40' bezeichnet werden. Dabei sind die insgesamt vier Koppelstrukturen 40 und 40' so angeordneten, dass sie die Balken einer Kreuzstruktur bilden, wobei jede der Koppelstrukturen 40 und 40' an zwei benachbarte Koppelstrukturen 40 und 40' anstößt. Um die Kompaktheit der Koppelstruktur 120 zu verbessern, können dabei zwei gegenüberliegende Winkelelemente mit nur zwei Schenkeln durch ein kreuzförmiges Winkelelement 112 ersetzt werden.The coupling structure 120 can be used as a combination of two coupling structures 40 and 40 ' are designated. There are a total of four coupling structures 40 and 40 ' arranged so that they form the beams of a cross structure, each of the coupling structures 40 and 40 ' to two neighboring coupling structures 40 and 40 ' bumps. About the compactness of the coupling structure 120 To improve, two opposite angle elements with only two legs can be achieved by a cross-shaped angle element 112 be replaced.
Die Koppelstruktur 120 ist bezüglich einer ersten Symmetrieachse 122 und einer zweiten Symmetrieachse 124 spiegelsymmetrisch ausgebildet. Dabei liegt zwischen den beiden Symmetrieachsen 122 und 124 ein Winkel von 90°. Des Weiteren weist die Drehratensensorvorrichtung 120 eine dritte und eine vierte Symmetrieachse 126 und 128 auf, welche gegenüber der ersten Symmetrieachse 122 einen Neigungswinkel von 45° und einen Neigungswinkel von 135° aufweisen.The coupling structure 120 is with respect to a first axis of symmetry 122 and a second axis of symmetry 124 designed mirror-symmetrically. It lies between the two axes of symmetry 122 and 124 an angle of 90 °. The yaw rate sensor device also has 120 a third and a fourth axis of symmetry 126 and 128 on which opposite the first axis of symmetry 122 have an inclination angle of 45 ° and an inclination angle of 135 °.
Aufgrund dieser spiegelsymmetrischen Ausbildung der Koppelstruktur 120 bezüglich der vier Symmetrieachsen 122 bis 128 ist gewährleistet, dass ein zwischen der ersten und der dritten Symmetrieachse 122 und 126 liegender Teilbereich 129 der Drehratensensorvorrichtung 120 achtmal projizierbar ist. Die in dem Teilbereich 129 liegende Schwingmasse 42b' weist somit eine räumliche Umgebung auf, welche identische mit der räumlichem Umgebung der anderen Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' ist. Dies gewährleistet, dass sich die Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' in ihren Schwingbewegungen vollständig aneinander anpassen.Because of this mirror-symmetrical design of the coupling structure 120 with respect to the four axes of symmetry 122 until 128 it is guaranteed that a between the first and the third axis of symmetry 122 and 126 lying sub-area 129 the rotation rate sensor device 120 is projectable eight times. The ones in the sub-area 129 horizontal oscillating mass 42b ' thus has a spatial environment which is identical to the spatial environment of the other oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' is. This ensures that the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' fully adapt to each other in their oscillating movements.
Die Drehratensensorvorrichtung 120 ist somit besonders gut dazu ausgelegt, nach einem Anbringen an einen rotierbaren Körper eine Rotation des Körpers um eine bezüglich ihrer Richtung im Raum nicht festgelegten Rotationsachse festzustellen. Außerdem können mit einer solchen Struktur auch Redundanzen genutzt werdenThe rotation rate sensor device 120 is thus particularly well designed to determine, after attachment to a rotatable body, a rotation of the body about an axis of rotation that is not fixed with respect to its direction in space. In addition, redundancies can also be used with such a structure
8 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 8th shows a schematic representation of a first embodiment of a coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Die Koppelstruktur 130 für eine Drehratensensorvorrichtung umfasst zwei der anhand der 1A bis C beschriebenen Koppelstrukturen 40 und 40'. Dabei ist die Koppelstruktur 40' gegenüber der Koppelstruktur 40 um einen Winkel von 90° gedreht angeordnet.The coupling structure 130 for a rotation rate sensor device comprises two of the based on the 1A until C. coupling structures described 40 and 40 ' . Here is the coupling structure 40 ' compared to the coupling structure 40 Arranged rotated by an angle of 90 °.
Die Antriebspunkte 38a und 38a' der Koppelstrukturen 40 und 40' sind jeweils an einen ersten Balken 132 der Koppelstruktur 130 gekoppelt. Dabei ist die Kopplung der Antriebspunkte 38a und 38a' an den ersten Balken 132 vorzugsweise so ausgebildet, dass die Antriebspunkte 38a und 38a' einen konstanten Abstand zu dem ersten Balken 132 einhalten. Entsprechend sind die Antriebspunkte 38b und 38b' der Koppelstrukturen 40 und 40' an einen dem ersten Balken 132 gegenüber liegenden zweiten Balken 134 angekoppelt.The driving points 38a and 38a ' the coupling structures 40 and 40 ' are each on a first bar 132 the coupling structure 130 coupled. This is the coupling of the drive points 38a and 38a ' at the first bar 132 preferably designed so that the drive points 38a and 38a ' a constant distance to the first bar 132 retain. The driving points are accordingly 38b and 38b ' the coupling structures 40 and 40 ' to one of the first bars 132 opposite second bar 134 coupled.
Jeder der beiden Balken 132 und 134 kann entlang einer senkrecht zu seiner Längsrichtung verlaufende Richtung in Schwingbewegungen versetzt werden. Dabei werden die beiden Balken 132 und 134 vorzugsweise so in Schwingungen versetzt, dass sie anti-parallel mit einer Phasendifferenz von 180° (gegenphasig) zueinander schwingen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Antriebspunkte 38a und 38b der Drehratensensorvorrichtung 40 gegenphasig zueinander schwingen und gleichzeitig die Antriebspunkte 38a' und 38b' der Drehratensensorvorrichtung 40' ebenfalls gegenphasig zueinander bewegt werden.Each of the two bars 132 and 134 can be set in oscillating movements along a direction perpendicular to its longitudinal direction. Thereby the two bars 132 and 134 preferably set in oscillation in such a way that they oscillate anti-parallel with a phase difference of 180 ° (out of phase) to one another. This ensures that the drive points 38a and 38b the rotation rate sensor device 40 Swing out of phase with each other and at the same time the drive points 38a ' and 38b ' the rotation rate sensor device 40 ' are also moved out of phase with each other.
Bei der Koppelstruktur 40 sind die Schwingmassen 42a und 42b jeweils über ein Koppelelement 48a und 48b direkt an einem benachbarten Kontaktpunkt 38a und 38b befestigt. Die Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a und 42b verlaufen somit parallel zu den Schwingbewegungen der Antriebspunkte 38a und 38b. Insbesondere werden die Schwingmassen 42a und 42b auf diese Weise zu gegenphasigen Schwingungen angeregt.With the coupling structure 40 are the oscillating masses 42a and 42b each via a coupling element 48a and 48b directly at an adjacent contact point 38a and 38b attached. The oscillating movements of the oscillating masses 42a and 42b thus run parallel to the oscillating movements of the drive points 38a and 38b . In particular, the oscillating masses 42a and 42b in this way stimulated to out-of-phase oscillations.
Demgegenüber sind die Schwingmassen 42a' und 42b' der Koppelstruktur 40' über ein Koppelelement 48a' und 48b' jeweils mit einem benachbarten Kontaktpunkt 32a' oder 32b' verbunden. Die Schwingbewegungen der Antriebspunkte 38a' und 38b' entlang der y-Achse werden in eine Schwingbewegung der Schwingmassen 42a' und 42b' entlang der x-Achse übersetzt. Auch die Schwingmassen 42a' und 42b' schwingen somit gegenphasig entlang der x-Achse.In contrast are the oscillating masses 42a ' and 42b ' the coupling structure 40 ' via a coupling element 48a ' and 48b ' each with an adjacent contact point 32a ' or 32b ' tied together. The oscillating movements of the drive points 38a ' and 38b ' along the y-axis the oscillating masses start to oscillate 42a ' and 42b ' translated along the x-axis. Also the oscillating masses 42a ' and 42b ' thus oscillate in phase opposition along the x-axis.
Die einfach herstellbare Koppelstruktur 130 eignet sich somit für eine zweikanalige Drehratensensorvorrichtung mit einem einfach ausführbaren Antrieb, welcher zwei Balken 132 und 134 in die gewünschten Schwingungen versetzt. Insbesondere ist dabei gewährleistet, dass die schwingenden Massen 42a, 42b, 42a' und 42b' gleiche Amplituden aufweisen.The coupling structure that is easy to manufacture 130 is thus suitable for a two-channel rotation rate sensor device with a drive that can be easily implemented and has two bars 132 and 134 set in the desired vibrations. In particular, it is ensured that the vibrating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' have the same amplitudes.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 9 shows a schematic representation of a second embodiment of the coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Die schematische wiedergegebene Koppelstruktur 140 für eine Drehratensensorvorrichtung ist eine Vereinfachung der anhand der 8 beschriebenen Koppelstruktur. Die Schwingmassen 42a und 42b, welche über eine Feder 44 direkt miteinander verbunden sind, sind mittels eines Koppelelements 142a oder 142b jeweils direkt an einem benachbarten Balken 132 oder 134 angekoppelt. Auf die übrigen Komponenten der Koppelstruktur 40 wird verzichtet.The coupling structure shown schematically 140 for a rotation rate sensor device is a simplification of the with the aid of FIG 8th coupling structure described. The oscillating masses 42a and 42b which about a feather 44 are directly connected to each other, are by means of a coupling element 142a or 142b each directly on an adjacent bar 132 or 134 coupled. On the other components of the coupling structure 40 is waived.
Die Schwingmassen 42a und 42b werden somit über die gegenphasigen Schwingungen der beiden Balken 132 und 134 direkt in gegenphasige Schwingungen entlang der y-Achse versetzt. Die Amplituden der Schwingbewegungen der Schwingmassen 42a und 42b weisen dabei die gleichen Werte auf wie die Amplituden der Schwingmassen 42a' und 42b'. Somit gewährleistet auch die kostengünstiger herstellbare Koppelstruktur 140 die oben schon beschriebenen Vorteile.The oscillating masses 42a and 42b are thus over the antiphase oscillations of the two bars 132 and 134 directly displaced into anti-phase oscillations along the y-axis. The amplitudes of the oscillating movements of the oscillating masses 42a and 42b have the same values as the amplitudes of the oscillating masses 42a ' and 42b ' . This also ensures the coupling structure that can be produced more cost-effectively 140 the advantages already described above.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 10 shows a schematic representation of a third embodiment of the coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Die dargestellte Koppelstruktur 150 für eine Drehratensensorvorrichtung ist eine Erweiterung der anhand der 8 beschriebenen Koppelstruktur. Die Koppelstruktur 150 umfasst zwei Koppelstrukturen 40 und eine Koppelstruktur 40'. Die Koppelstrukturen 40 und 40' sind dabei jeweils auf die oben schon beschriebene Weise mit ihren Antriebspunkten 38a, 38b, 38a' und 38b' an die Balken 132 und 134 gekoppelt.The coupling structure shown 150 for a rotation rate sensor device is an extension of the based on 8th coupling structure described. The coupling structure 150 comprises two coupling structures 40 and a coupling structure 40 ' . The coupling structures 40 and 40 ' are each in the manner already described above with their drive points 38a , 38b , 38a ' and 38b ' to the beams 132 and 134 coupled.
Die Koppelstruktur 150 ermöglicht eine gute Übersetzung der gegenphasigen Schwingungen der Balken 132 und 134 in die gewünschten Schwingungen der Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' entlang der x-Achse oder der y-Achse. Die Schwingungen der einzelnen Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' sind dabei aneinander angepasst. Insbesondere weisen die schwingenden Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' die gleiche Amplitude auf.The coupling structure 150 enables a good translation of the anti-phase vibrations of the beams 132 and 134 into the desired oscillations of the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' along the x-axis or the y-axis. The oscillations of the individual oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' are adapted to each other. In particular, the oscillating oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' the same amplitude.
Die Schwingmassen 42a, 42b und 42a', 42b' können dabei direkt oder etwa auch über federelastische Elemente (hier nicht gezeigt) an den jeweiligen Balken 132, 134 und/oder dem Substrat angebunden sein.The oscillating masses 42a , 42b and 42a ' , 42b ' can be attached to the respective bar directly or, for example, via resilient elements (not shown here) 132 , 134 and / or attached to the substrate.
Wie einen Fachmann beim Betrachten der 10 deutlich wird, ist es nicht notwendig, die Koppelstruktur 40' zwischen den beiden Koppelstrukturen 40 anzuordnen. Stattdessen können die beiden Koppelstrukturen 40 auch benachbart zueinander angeordnet werden.Like a professional when looking at the 10 it becomes clear, it is not necessary to use the coupling structure 40 ' between the two coupling structures 40 to arrange. Instead, the two coupling structures 40 can also be arranged adjacent to one another.
Die Koppelstruktur 150 eignet sich für eine kostengünstige dreikanalige Drehratensensorvorrichtung. In einer Vereinfachung der Koppelstruktur 150 können die aus den Winkelelementen 10a bis 10d gebildeten Rahmen der Koppelstrukturen 40 weggelassen und die Schwingmassen 42a und 42b jeweils direkt an den benachbarten Balken 132 oder 134 gekoppelt werden, wie dies bereit in der Beschreibung der 9 erläutert ist. Somit sind die bereits beschriebenen Vorteile auch bei einer noch kostengünstigeren Ausführung der Koppelstruktur 150 gewährleistet.The coupling structure 150 is suitable for an inexpensive three-channel rotation rate sensor device. In a simplification of the coupling structure 150 can be made from the angle elements 10a until 10d formed frame of the coupling structures 40 omitted and the oscillating masses 42a and 42b each directly to the adjacent bar 132 or 134 be coupled as stated in the description of the 9 is explained. The advantages already described are therefore also available in the case of an even more cost-effective design of the coupling structure 150 guaranteed.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 11 shows a schematic representation of a fourth embodiment of the coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Die Koppelstruktur 160 für eine Drehratensensorvorrichtung unterscheidet sich von der anhand der 8 beschriebenen Koppelstruktur durch zwei Wippen 162 und 164, an welchen die Antriebspunkte 38a, 38b, 38a' und 38b' gekoppelt sind.The coupling structure 160 for a rotation rate sensor device differs from that based on FIG 8th described coupling structure by two rockers 162 and 164 at which the drive points 38a , 38b , 38a ' and 38b ' are coupled.
Dabei umfasst die erste Wippe 162 drei Balken 162a, 162b und 162c, welche über zwei Gelenke 162d und 162e miteinander verbunden sind. Jeder der drei Balken 162a bis 162c ist so an einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt, dass jeder Balken 162a bis 162c eine Drehbewegung um eine durch den jeweiligen Balken 162a bis 162c verlaufende Drehachse ausführen kann. Die Balken 162a bis 162c sind mittels der Gelenke 162d und 162e so aneinander gekoppelt, dass sich die Drehbewegungen der Balken 162a bis 162c aneinander anpassen. Man kann deshalb die Drehbewegungen der Balken 162a bis 162c auch als eine Wippbewegung bezeichnen.The first rocker includes 162 three bars 162a , 162b and 162c which have two joints 162d and 162e are connected to each other. Each of the three bars 162a until 162c is attached to a housing, not shown, that each beam 162a until 162c a rotational movement by one through the respective bar 162a until 162c running axis of rotation can run. The bars 162a until 162c are by means of the joints 162d and 162e Coupled to each other in such a way that the rotating movements of the beams 162a until 162c adapt to each other. You can therefore see the rotations of the bars 162a until 162c also referred to as a rocking movement.
Die erste Wippe 162 ist so ausgelegt, dass sie aus einer Ausgangsposition, in welcher die Balken 162a bis 162c entlang einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet sind und die Gelenke 162d und 162e auf der Längsachse liegen, in eine erste Extremstellung verstellbar ist, in welcher das Gelenk 162d eine maximale Auslenkung gegenüber seinen Ausgangsstellung in einer ersten Richtung und das Gelenk 162e eine maximale Auslenkung gegenüber seiner Ausgangsstellung in einer der ersten Richtung entgegen gesetzten zweiten Richtung aufweist. Ebenso ist die Wippe 162 so aus der Ausgangsstellung in eine zweite Extremstellung verstellbar, dass das Gelenkt 162d eine maximale Auslenkung in der zweiten Richtung und das Gelenk 162e eine maximale Auslenkung in der ersten Richtung aufweisen.The first seesaw 162 is designed so that it starts from a starting position in which the beams 162a until 162c are aligned along a common longitudinal axis and the joints 162d and 162e lie on the longitudinal axis, is adjustable in a first extreme position in which the joint 162d a maximum deflection compared to its starting position in a first direction and the joint 162e has a maximum deflection compared to its starting position in a second direction opposite to the first direction. Likewise is the seesaw 162 so that the joint can be adjusted from the starting position to a second extreme position 162d a maximum deflection in the second direction and the joint 162e have a maximum deflection in the first direction.
Die zweite Wippe 164 ist ebenfalls aus Balken 164a bis 164c und Gelenken 164d und 164e aufgebaut. Bezüglich des Zusammenwirkens der Komponenten 164a bis 164e wird auf den oberen Absatz verwiesen.The second seesaw 164 is also made of beams 164a until 164c and joints 164d and 164e built up. Regarding the interaction of the components 164a until 164e reference is made to the paragraph above.
Die Koppelstruktur 160 umfasst die bereits beschriebenen Koppelstrukturen 40 und 40'. Bei der Koppelstruktur 40 ist der Kontaktpunkt 38a an das Gelenk 162d und der Antriebspunkt 38b an das Gelenk 164d gekoppelt. Entsprechend sind bei der Koppelstruktur 40' die Antriebspunkte 38a' und 38b' mit den Gelenken 162e und 164e verbunden.The coupling structure 160 includes the coupling structures already described 40 and 40 ' . With the coupling structure 40 is the point of contact 38a to the joint 162d and the drive point 38b to the joint 164d coupled. The same applies to the coupling structure 40 ' the driving points 38a ' and 38b ' with the joints 162e and 164e tied together.
Die Wippbewegungen der Wippen 162 und 164 bewirken somit ein angepasstes gegenphasiges Schwingen der Schwingmassen 42a und 42b bei einem gleichzeitigen angepassten gegenphasigen Schwingen der Schwingmassen 42a' und 42b' entlang der x-Achse. Somit weist die kostengünstig herstellbare Koppelstruktur 160 die bereits beschriebenen Vorteile auf. Das Antreiben der Wippen 162 und 164 zum Ausführen der gewünschten Wippbewegungen ist zusätzlich vergleichsweise einfach.The seesaw movements of the seesaws 162 and 164 thus cause an adapted anti-phase oscillation of the oscillating masses 42a and 42b with a simultaneous adapted anti-phase oscillation of the oscillating masses 42a ' and 42b ' along the x-axis. The coupling structure, which can be produced inexpensively, thus has 160 the advantages already described. Driving the seesaws 162 and 164 it is also comparatively easy to carry out the desired rocking movements.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 12th shows a schematic representation of a fifth embodiment of the coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Die dargestellte Koppelstruktur 170 für eine Drehratensensorvorrichtung unterscheidet sich von der in der 11 wiedergegebenen Koppelstruktur dadurch, dass die Schwingmassen 42a und 42b direkt mittels der Koppelelemente 142a und 142b an die Gelenke 162d und 164d angekoppelt sind. Zur Ankopplung der Antriebspunkte 38a' und 38b' der Koppelstruktur 40' an die Gelenke 162e und 164e wird auf das vorhergehende Ausführungsbeispiel verwiesen. Damit bietet auch die Koppelstruktur 170 eine kostengünstige und einfach herstellbare Möglichkeit zum Gewährleisten der beschriebenen Vorteile.The coupling structure shown 170 for a rotation rate sensor device differs from that in FIG 11 reproduced coupling structure in that the oscillating masses 42a and 42b directly by means of the coupling elements 142a and 142b to the joints 162d and 164d are coupled. For coupling the drive points 38a ' and 38b ' the coupling structure 40 ' to the joints 162e and 164e reference is made to the previous embodiment. The coupling structure thus also offers 170 an inexpensive and easy to manufacture way of ensuring the advantages described.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 13th shows a schematic representation of a sixth embodiment of the coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Die Koppelstruktur 180 für eine Drehratensensorvorrichtung umfasst zwei Koppelstrukturen 40, eine Koppelstruktur 40', eine erste Wippe 182 und eine zweite Wippe 184. Die erste Wippe 182 besteht aus vier Balken 182a bis 182d welche mittels dreier Gelenke 182e bis 182g miteinander verbunden sind. Somit können die Balken 182a bis 182d aus einer Ausgangsstellung der ersten Wippe 182, in welcher die Balken 182a bis 182d entlang einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet sind und die Gelenke 182e bis 182g auf der Längsachse liegen, in zwei Extremstellungen verstellt werden. In der ersten Extremstellung der Wippe 182 sind die Gelenke 182e und 182g in einer ersten Richtung aus ihren Ausgangsstellungen maximal ausgelenkt. Demgegenüber ist das Gelenk 182f in der ersten Extremstellung in eine der ersten Richtung entgegen gerichtete zweite Richtung maximal ausgelenkt. Auch in der zweiten Extremstellung der Wippe 182 sind die Gelenke 182e und 182g entgegen dem Gelenk 182f ausgelenkt, wobei das Gelenk 182f in die ersten Richtung und die Gelenke 182e und 182g in die zweite Richtung ausgelenkt sind.The coupling structure 180 for a rotation rate sensor device comprises two coupling structures 40 , a coupling structure 40 ' , a first seesaw 182 and a second seesaw 184 . The first seesaw 182 consists of four bars 182a until 182d which by means of three joints 182e until 182g are connected to each other. Thus, the bars 182a until 182d from an initial position of the first rocker 182 in which the bars 182a until 182d are aligned along a common longitudinal axis and the joints 182e until 182g lie on the longitudinal axis, can be adjusted in two extreme positions. In the first extreme position of the seesaw 182 are the joints 182e and 182g maximally deflected in a first direction from their starting positions. In contrast, the joint is 182f in the first extreme position in a second direction opposite to the first direction is maximally deflected. Also in the second extreme position of the seesaw 182 are the joints 182e and 182g against the joint 182f deflected, the joint 182f in the first direction and the joints 182e and 182g are deflected in the second direction.
Die zweite Wippe 184 ist entsprechend aus den Komponenten 184a bis 184g zusammengesetzt. Sie weist ebenfalls eine Ausgangsstellung auf, aus welcher die Gelenke 184e bis 184g in zwei Extremstellungen verstellbar sind.The second seesaw 184 is accordingly from the components 184a until 184g composed. It also has an initial position from which the joints 184e until 184g are adjustable in two extreme positions.
Durch das Ankoppeln der Antriebspunkte 38a, 38b, 38a' und 38b' an die Gelenke 182e bis 182g und 184e bis 184g können die Schwingmassen 42a, 42b, 42a' und 42b' zu dem oben schon beschriebenen vorteilhaften Schwingverhalten angeregt werden. Dabei werden die Wippen 182 und 184 gleichzeitig und gegenphasig zu Wippbewegungen angeregt. Somit ist auch die kostengünstig herstellbare Koppelstruktur 180 dazu ausgelegt, die oben beschriebenen Vorteile zu gewährleisten.By coupling the drive points 38a , 38b , 38a ' and 38b ' to the joints 182e until 182g and 184e until 184g can the oscillating masses 42a , 42b , 42a ' and 42b ' are excited to the advantageous vibration behavior already described above. Thereby the seesaws 182 and 184 Simultaneously and in phase opposition stimulated to rocking movements. The coupling structure that can be produced inexpensively is thus also 180 designed to provide the benefits described above.
Die Koppelstruktur 180 kann kostengünstiger ausgeführt werden, indem die Massen 42a und 42b direkt an die Gelenke 182e, 184e, 182g und 184g angekoppelt werden. Somit können die Rahmen der Koppelstrukturen 40 eingespart werden.The coupling structure 180 can be done more cheaply by adding the bulk 42a and 42b directly to the joints 182e , 184e , 182g and 184g be coupled. Thus, the frame of the coupling structures 40 can be saved.
14 zeigt eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 14th shows a schematic representation of a seventh embodiment of the coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Die Koppelstruktur 190 für eine Drehratensensorvorrichtung umfasst zwei entlang der x-Achse ausgerichtete Balken 132 und 134, an welche zwei Linearschwinger mit jeweils zwei Schwingmassen 42a und 42b gekoppelt sind. Dabei sind die Schwingmassen 42a direkt mittels der Koppelelemente 142a an dem ersten Balken 132 befestigt. Entsprechend sind die Schwingmassen 42b mittels der Koppelelemente 142b mit dem zweiten Balken 134 verbunden.The coupling structure 190 for a rotation rate sensor device comprises two bars aligned along the x-axis 132 and 134 , to which two linear oscillators with two oscillating masses each 42a and 42b are coupled. Here are the oscillating masses 42a directly by means of the coupling elements 142a on the first bar 132 attached. The oscillating masses are accordingly 42b by means of the coupling elements 142b with the second bar 134 tied together.
Durch ein einfach ausführbares Versetzen der beiden Balken 132 und 134 in gegenphasige Schwingungen ist gewährleistet, dass die Schwingmassen 42a und 42b eines jeden Linearschwingers gegenphasig und mit gleicher Amplitude parallel zur y-Achse schwingen. Die Koppelstruktur 190 bietet somit eine kostengünstige Möglichkeit für eine einfach betreibbare zweikanalige Rotationssensorvorrichtung.By simply relocating the two bars 132 and 134 in anti-phase vibrations it is guaranteed that the oscillating masses 42a and 42b of each linear oscillator oscillate in phase opposition and with the same amplitude parallel to the y-axis. The coupling structure 190 thus offers a cost-effective option for an easily operated two-channel rotation sensor device.
15 zeigt eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koppelstruktur für eine Drehratensensorvorrichtung. 15th shows a schematic representation of an eighth embodiment of the coupling structure according to the invention for a rotation rate sensor device.
Gegenüber der Koppelstruktur der 14 weist die Koppelstruktur 200 der 15 anstelle von zwei Balken eine erste Wippe 162 und eine zweite Wippe 164 auf. Zur Beschreibung des Zusammenwirkens der einzelnen Komponenten 162a bis 162e und 164a bis 164e der beiden Wippen 160 und 164 wird auf die Beschreibung der 11 verwiesen.Compared to the coupling structure of the 14th exhibits the coupling structure 200 the 15th a first seesaw instead of two bars 162 and a second seesaw 164 on. To describe the interaction of the individual components 162a until 162e and 164a until 164e of the two rockers 160 and 164 will refer to the description of the 11 referenced.
Die Schwingmassen 42a der beiden Linearschwinger der Koppelstruktur 200 sind direkt mittels der Koppelelemente 142a an die Gelenke 162d und 162e der ersten Wippe gekoppelt. Ebenso sind die Schwingmassen 42b der beiden Linearschwinger mittels der Koppelelemente 142b mit jeweils einem Gelenk 164d oder 164e der zweiten Wippe 164 verbunden.
Auch die Koppelstruktur 200 lässt sich auf einfach Weise kostengünstig herstellen. Somit bietet die Koppelstruktur 200 eine vorteilhafte Möglichkeit für eine zweikanalige Drehratensensorvorrichtung, bei welcher die vier Schwingmassen 42a und 42b gegenphasig und mit gleichen Amplituden in Schwingbewegungen entlang der y-Achse versetzt werden.The oscillating masses 42a the two linear oscillators of the coupling structure 200 are directly by means of the coupling elements 142a to the joints 162d and 162e coupled to the first rocker. So are the oscillating masses 42b the two linear oscillators by means of the coupling elements 142b with one joint each 164d or 164e the second seesaw 164 tied together.
Also the coupling structure 200 can be produced inexpensively in a simple manner. The coupling structure thus offers 200 an advantageous possibility for a two-channel rotation rate sensor device in which the four oscillating masses 42a and 42b out of phase and with the same amplitudes in oscillating movements along the y-axis.
Alle in den oberen Absätzen beschriebenen Koppelstrukturen können in einen luftdichten Gehäuse mit einem einfüllten Gas oder Vakuum angeordnet werden, wobei über den Gasdruck eine Frequenz der Schwingungen und/oder Dämpfung der Schwingmassen variierbar ist.All coupling structures described in the above paragraphs can be arranged in an airtight housing with a gas or vacuum filled in, with a frequency of the oscillations and / or damping of the oscillating masses being variable via the gas pressure.
Eine Drehratensensorvorrichtung mit einer der in den oberen Absätzen beschriebenen Koppelstrukturen kann beispielsweise in Consumer- und Automotive-Produkten eingesetzt werden.A rotation rate sensor device with one of the coupling structures described in the paragraphs above can be used, for example, in consumer and automotive products.
Die Erfindung ist nicht auf Anwendungen beschränkt, bei denen die Schenkel der Winkelemente gleich lang ausgebildet sind. Vielmehr können die Schenkel eines jeweiligen Winkelelements oder unterschiedlicher Winkelelemente auch unterschiedlich lang sein.The invention is not limited to applications in which the legs of the angle elements are of equal length. Rather, the legs of a respective angle element or different angle elements can also be of different lengths.
