DE102009027191A1 - Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Welle - Google Patents

Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Welle Download PDF

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    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Wellen, die einen zur Welle konzentrischen Schaltungsträger (1) aufweist, auf dem mindestens zwei stromdurchflossene Leiterbahnabschnitte (2) angeordnet sind. Die Vorrichtung weist zusätzlich genau ein zur Welle konzentrisches und gegenüber dem Schaltungsträger (1) verdrehbares Geberelement (2) mit mindestens einem ersten Teilbereich (4) aus elektrisch leitfähigem Material und mindestens einem zweiten Teilbereich (5) aus elektrisch nicht leitfähigem Material auf. Bei Aufbringen eines Drehmomentes auf die Welle verdreht sich das Geberelement (3) gegenüber dem Schaltungsträger, wodurch sich eine Überdeckungsfläche zwischen den Leiterbahnabschnitten (2) und dem oder den ersten Teilbereichen (4) des Geberelements (3) verändert und dadurch eine Veränderung einer Induktivität der Leiterbahnabschnitte (3) eintritt.

Description

  • Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Welle.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 29 51 148 A1 ist eine Messeinrichtung zur berührungsfreien Erfassung eines Drehwinkels und/oder Drehmomentes an einer stehenden oder rotierenden Welle bekannt, bei dem zwei zur Welle konzentrische Körper aus elektrisch leitendem Werkstoff vorgesehen sind, von denen einer drehfest mit der Welle verbunden ist und der andere diesem gegenüber verdrehbar ist. Eine zur Welle konzentrische Spule ist in unmittelbarer Nähe der beiden Körper angeordnet und die Körper enthalten Ausschnitte, deren gemeinsame Überdeckungsfläche sich mit zunehmendem, zwischen den beiden Körpern auftretendem Verdrehwinkel ändert. Bei dieser Messeinrichtung macht man sich zunutze, dass ein von der Spule ausgehendes Wechselmagnetfeld in den beiden Körpern umso stärkere Wirbelströme erzeugt, je weniger der, der Spule benachbarte Körper den zweiten Körper in Teilbereichen oder in seiner Gesamtheit abzuschirmen vermag.
  • Derartige, auf der Erzeugung von Wirbelströmen basierende Messeinrichtungen oder Sensoranordnungen werden häufig auch als Wirbelstromsensoren bezeichnet.
  • Eine weitere Wirbelstromsensoranordnung ist beispielsweise auch aus der DE 10 2005 025 870 A1 bekannt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Welle bereit, die einen zur Welle konzentrischen Schaltungsträger aufweist, auf dem mindestens zwei stromdurchflossene Leiterbahnabschnitte angeordnet sind. Die Vorrichtung weist zusätzlich genau ein zur Welle konzentrisches und gegenüber dem Schaltungsträger verdrehbares Geberelement mit mindestens einem ersten Teilbereich aus elektrisch leitfähigem Material und mindestens einem zweiten Teilbereich aus elektrisch nicht leitfähigem Material auf. Bei Aufbringen eines Drehmomentes auf die Welle verdreht sich das Geberelement gegenüber dem Schaltungsträger, wodurch sich eine Überdeckungsfläche zwischen den Leiterbahnabschnitten und dem oder den ersten Teilbereichen des Geberelements verändert und dadurch eine Veränderung einer Induktivität der Leiterbahnabschnitte eintritt.
  • Im Gegensatz zu bekannten Sensoranordnungen oder Messeinrichtungen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Schaltungsträger und dem Geberelement nur zwei Komponenten auf, was zu einer erheblichen Kostenreduktion führt. Auch die Tatsache, dass neben den auf dem Schaltungsträger angeordneten Leiterbahnabschnitten und dem Geberelement keine weiteren Sensorelemente erforderlich sind, trägt dazu bei, den Kostenaufwand zu minimieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Justagetoleranzen auf, so dass auch ein leichtes Verkippen des Schaltungsträgers gegenüber dem Geberelement oder eine leichte Veränderung des Abstandes der beiden Elemente voneinander immer noch zu verlässlichen Messergebnissen führt. Darüber hinaus benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung nur sehr wenig Bauraum, was in vielen Anwendungsfällen einen entscheidenden Vorteil darstellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Geberelement aus elektrisch leitfähigem Grundmaterial und die zweiten Teilbereiche aus elektrisch nicht leitfähigem Material werden durch Aussparungen gebildet, die vorzugsweise kreissektor- oder kreissegmentförmig ausgebildet sind und in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über das Geberelement verteilt sind.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Geberelement auch aus elektrisch nicht leitfähigem Grundmaterial bestehen, wobei in diesem Fall die ersten Teilbereiche aus elektrisch leitfähigem Material durch Metallflächen gebildet werden, die vorzugsweise kreissektor- oder kreissegmentförmig ausgebildet sind und in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über das Geberelement verteilt sind. Vorzugsweise sind die Metallflächen dabei als spritzgussgekapselte Metalleinlegeteile ausgeführt.
  • Die auf dem Schaltungsträger angeordneten Leiterbahnabschnitte, welche als Antennen wirken, können durch spiralförmig auf dem Schaltungsträger angeordnete Leiterbahnen realisiert sein, welche vorzugsweise in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über den Schaltungsträger verteilt sind.
  • Für die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn das durch die Leiterbahnabschnitte erzeugte Magnetfeld möglichst fokussiert auf das Geberelement gerichtet ist. Diese Fokussierung wird durch spiralförmig angeordnete Leiterbahnen erreicht, kann aber ohne Beeinträchtigung der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch durch andere flächige Anordnungen der Leiterbahnabschnitte erreicht werden.
  • Die als Antennen wirkenden Leiterbahnabschnitte bilden einen offenen Schwingkreis, welcher mit einer vorgegebenen Frequenz schwingt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auf dem Schaltungsträger neben den Leiterbahnabschnitten auch eine Auswerteschaltung vorgesehen sein. Diese wertet eine durch die Veränderung der Induktivität verursachte Änderung der Schwingungsfrequenz des Schwingkreises aus und bestimmt in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenzänderung das auf die Welle aufgebrachte Drehmoment und/oder den Drehwinkel der Welle. Die Anordnung der Auswerteschaltung auf dem Schaltungsträger trägt sowohl zur Kostenreduktion als auch zur Bauraumminimierung bei.
  • Zum Schutz vor Umwelteinflüssen sind der Schaltungsträger und/oder das Geberelement gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beschichtet.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Welle,
  • 2a eine schematische Darstellung der räumlichen Anordnung der Leiterbahnabschnitte gegenüber den Teilbereichen des Geberelements bei einer Ausführungsform der Erfindung gemäß 1,
  • 2b eine schematische Kennlinie zur Darstellung der Überdeckung der Leiterbahnabschnitte und der ersten Teilbereiche aus elektrisch leitfähigem Material des Geberelements in Abhängigkeit von einem Verdrehwinkel bei einer Ausführungsform gemäß 1, und
  • 3 eine schematisierte Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer nicht dargestellten drehenden Welle in schematischer perspektivischer Ansicht dargestellt. Auf einem Schaltungsträger 1 sind Leiterbahnabschnitte 2 in Form von spiralförmig angeordneten Leiterbahnen angeordnet, welche als Antennen wirken. In der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt sechs Leiterbahnabschnitte 2 vorgesehen. Für die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es aber ausreichend, wenn mindestens zwei Leiterbahnabschnitte 2 vorhanden sind. Grundsätzlich sind 2·k Leiterbahnabschnitte 2 mit k = 1, 2, 3 ... n möglich. Das Vorsehen von mehr als zwei Leiterbahnabschnitten 2 führt zu einer Erhöhung der Auflösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und damit zu einer exakteren Bestimmung des Drehmomentes und/oder des Drehwinkels der Welle. Durch Verwendung von mehr als zwei Leiterbahnabschnitten 2 ergibt sich darüber hinaus, die Möglichkeit, die Leiterbahnabschnitte 2 zu zwei Gruppen zu verschalten und somit eine Redundanz herzustellen, welche zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt.
  • Ein Geberelement 3 weist erste Teilbereiche 4 aus elektrisch leitfähigem Material und zweite Teilbereiche 5 aus elektrisch nicht leitfähigem Material auf. Gemäß der, in 1 dargestellten Ausführungsform sind vier erste Teilbereiche 4 aus elektrisch leitfähigem Material vorgesehen, welche durch Metallflächen gebildet werden, die auf dem aus elektrisch nicht leitfähigem Grundmaterial bestehenden Geberelement 3 aufgebracht sind. Die Metallflächen sind dabei in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über das Geberelement 3 verteilt, so dass zwischen den ersten, durch die Metallflächen gebildeten Teilbereichen 4 jeweils die erfindungsgemäß notwendigen zweiten Teilbereiche 5 aus elektrisch nicht leitfähigem Material entstehen. Vorzugsweise sind die Metallflächen dabei als spritzgussgekapselte Metalleinlegeteile ausgeführt.
  • Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind vier erste Teilbereiche 4 aus elektrisch leitfähigem Material und vier zweite Teilbereiche 5 aus elektrisch nicht leitfähigem Material vorgesehen. Für die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es jedoch ausreichend, dass das Geberelement zumindest einen ersten Teilbereich 4 aus elektrisch leitfähigem Material und einen zweiten Teilbereich 5 aus elektrisch nicht leitfähigem Material aufweist. Eine selbstverständlich mögliche Erhöhung der Anzahl der Teilbereiche führt wiederum zu einer erhöhten Auflösung und somit zu einer exakteren Bestimmung eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels der Welle.
  • Alternativ zur dargestellten Ausführungsform kann das Geberelement 3 auch aus einem elektrisch leitfähigen Grundmaterial, zum Beispiel Metall, bestehen und die zweiten aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehenden Teilbereich 5 können durch einfache Ausschnitte oder Aussparungen gebildet werden.
  • Sowohl der Schaltungsträger 1 als auch das Geberelement 3 sind konzentrisch zur Welle angeordnet und vorzugsweise scheibenförmig, zum Beispiel in Form einer Kreisscheibe ausgeführt. Die auf dem Geberelement 3 angeordneten Metallflächen oder die in dem Geberelement 3 vorgesehenen Aussparungen oder Ausschnitte sind vorzugsweise gleichmäßig in Umfangsrichtung der Welle auf dem Geberelement 3 verteilt. Auch die auf dem Schaltungsträger 1 angeordneten Leiterbahnabschnitte 2 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über den Schaltungsträger 1 verteilt.
  • Um bei Aufbringen eines Drehmomentes auf die Welle eine Verdrehung des Geberelementes 3 gegenüber dem Schaltungsträger 1 zu erreichen wird vorzugsweise ein nicht dargestellter Torsionsstab eingesetzt, der einen ersten Teilbereich der Welle mit einem zweiten Teilbereich der Welle verbindet und sich bei Aufbringen eines Drehmomentes auf die Welle verdrillt. Zumindest der Schaltungsträger 1 oder das Geberelement 3 sind dann an dem Torsionsstab befestigt. Das jeweils andere Element kann in einem vorgegebenen Abstand zum ersten Element ebenfalls an dem Torsionsstab, an der Welle selbst oder auch an einer im Bereich der Welle angeordneten drehfesten Komponente, wie zum Beispiel einem Gehäuseteil befestigt sein. Während die Befestigung beider Elemente, also Schaltungsträger 1 und Geberelement 3 am Torsionsstab oder der Welle eine Bestimmung des Drehmomentes erlauben, dient eine Befestigung einer Komponente an einer drehfesten Komponente zur Bestimmung des Drehwinkels der Welle.
  • Der Schaltungsträger 1 weist eine, vorzugsweise an die äußere Form der Welle oder des Torsionsstabes angepasste Aussparung 6 auf, welche zur Befestigung des Schaltungsträgers 1 an der Welle bzw. dem Torsionsstab dient. Der Schaltungsträger 1, der beispielsweise aus PCB oder Keramik hergestellt ist, kann dabei entweder unmittelbar an der Welle bzw. dem Torsionsstab oder zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und/oder zur Vereinfachung der Montage auch mit Hilfe einer nicht dargestellten Hülse an der Welle oder dem Torsionsstab befestigt sein.
  • Auch in dem Geberelement 3 ist eine, an die äußere Form der nicht dargestellten Welle oder des Torsionsstabes angepasste Aussparung 7 vorgesehen, welche zur Befestigung des Geberelementes 3 an der Welle bzw. dem Torsionsstab dient. Dabei kann das Geberelement 3 entweder unmittelbar an der Welle bzw. dem Torsionsstab befestigt werden oder zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und/oder zur Vereinfachung der Montage eine Hülse verwendet werden.
  • Wird der Schaltungsträger 1 oder das Geberelement 3 nicht an der Welle oder dem Torsionsstab, sondern an einer drehfesten Komponente, wie zum Beispiel einem Gehäuseteil befestigt, kann die entsprechende Aussparung 6 bzw. 7 entfallen und stattdessen eine andere geeignete Befestigungsvorrichtung vorgesehen sein.
  • Wird ein Strom an die, auf dem Schaltungsträger 1 angeordneten Leiterbahnabschnitte 2 angelegt, wirken diese als Antennen, welche dann Teil eines offenen Schwingkreises sind, der mit einer vorgegebenen Frequenz schwingt. Wird ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht, so verändert sich die relative Position des Geberelementes 3 zum Schaltungsträger 1 und somit die Überdeckungsfläche zwischen den Leiterbahnabschnitten 2 und den ersten, aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Teilbereichen 4 des Geberelements. Aufgrund von Selbstinduktion verändert sich dadurch auch die Induktivität der Leiterbahnabschnitte 2 und somit letztendlich die Schwingungsfrequenz des Schwingkreises. Bei maximaler Überdeckung eines Leiterbahnabschnittes 2 durch einen ersten, aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Teilbereich 4 ist die Induktivität des Schwingkreises am geringsten und somit die Schwingfrequenz am höchsten. Die Änderung der Schwingfrequenz des Schwingkreises stellt damit ein Maß für den Drehwinkel bzw. das aufgebrachte Drehmoment an der Welle dar. Diese Frequenzänderung kann mit Hilfe einer Auswerteschaltung 8 ausgewertet werden und daraus ein Drehmoment und/oder ein Drehwinkel der Welle bestimmt werden.
  • Vorteilhaft ist die Auswerteschaltung 8, welche zum Beispiel durch einen ASIC und/oder eine diskrete Schaltung realisiert sein kann, auf dem Schaltungsträger 1 angeordnet (1). Die Auswerteschaltung 8 kann aber selbstverständlich auch als separate Komponente ausgeführt sein.
  • Die Leiterbahnabschnitte 2 sind gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform als spiralförmige Leiterbahnen ausgeführt, können jedoch in alternativen Ausführungsformen auch durch andere flächige Leiterbahnanordnungen realisiert sein. Vorteilhaft sind die Leiterbahnabschnitte 2 dabei derart ausgeführt, dass sie als Antennen wirken, welche ein Magnetfeld erzeugen, das möglichst fokussiert auf das Geberelement 3 gerichtet ist. Insofern ist es auch vorteilhaft, wenn die Leiterbahnabschnitte 2 hinsichtlich ihrer radialen Ausdehnung weitgehend de ckungsgleich mit der radialen Ausdehnung der ersten und zweiten Teilabschnitte 4 bzw. 5 des Geberelementes 3 ausgeführt sind.
  • In 2a ist die räumliche Anordnung der einzelnen Teilabschnitte 4 und 5 des Geberelementes 3 im Verhältnis zu den Leiterbahnabschnitten 2a, 2b und 2c bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich dabei um eine rein schematische Darstellung handelt, die weder die reale Anordnung der einzelnen Elemente noch deren reale Ausgestaltung wiedergibt, sondern lediglich die Veränderung der Überdeckungsflächen zwischen den Leiterbahnabschnitten 2 und den ersten Teilbereichen des Geberelementes 3 in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel zeigt.
  • Entsprechend der, in 1 dargestellten Ausführungsform sind auf dem, in 2a nicht dargestellten Geberelement 3 vier erste Teilbereiche 4 in Form von Metallflächen und sechs auf dem Schaltungsträger 1 angeordnete Leiterbahnabschnitte 2a, 2b und 2c vorgesehen, welche in 2a jeweils nur durch entsprechende Kreissektoren angedeutet sind. Gemäß der Darstellung in 2a ist der Schaltungsträger 1 kreisförmig ausgestaltet, wobei die Leiterbahnabschnitte 2a, 2b und 2c sowie die ersten Teilbereiche 4 des Geberelementes 3 jeweils einen Umfangswinkel von 45° abdecken und in Umfangsrichtung gleichmäßig über dem Schaltungsträger 1 bzw. das Geberelement 3 verteilt sind. Daraus ergibt sich, zwischen zwei benachbarten Leiterbahnabschnitten 2 jeweils ein Abstandswinkel von jeweils 15°.
  • In 2b ist eine schematisierte Kennlinie dargestellt, welche einen Grad der Überdeckung zwischen den Leiterbahnabschnitten 2a, 2b und 2c sowie den ersten Teilbereichen 4 des Geberelements 3 in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel des Geberelementes 3 im Verhältnis zum Schaltungsträger 1 wiedergibt. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 20a die Kennlinie für die Leiterbahnabschnitte 2a, mit dem Bezugszeichen 20b die Kennlinie für die Leiterbahnabschnitte 2b und mit dem Bezugszeichen 20c die Kennlinie für die Leiterbahnabschnitte 2c gekennzeichnet. Die angenommene Drehrichtung des Geberelementes 3 und damit der ersten Teilbereiche 4 ist in 2a durch einen Pfeil 10 angedeutet. So ergibt sich beispielsweise bei einem Verdrehwinkel von 0°, also bei der in 2a dargestellten Ausgangslage, für die Leiterbahnabschnitte 2b eine Überdeckung von 1, also eine vollständige Überdeckung. Wohingegen die Leiterbahnabschnit te 2a und 2c lediglich eine Überdeckung von 1/3 also von 15° aufweisen. Bei einem Verdrehwinkel von zum Beispiel 75° ergibt sich für die Leiterbahnabschnitte 2b und 2c eine Überdeckung von 2/3, wohingegen die Leiterbahnabschnitte 2a keinerlei Überdeckung aufweisen.
  • In 3 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Dabei ist das Geberelement 3 leicht transparent dargestellt, so dass auch der darunter liegende Teil des Schaltungsträgers 1 erkennbar ist. Auf dem Schaltungsträger sind neben den Leiterbahnabschnitten 2 weitere Leiterbahnstrukturen 30 vorgesehen, welche ebenfalls als Antennen wirken, und auf dem Geberelement 3 ist eine zusätzliche Metallfläche vorgesehen, welche einen weiteren aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Teilbereich 31 des Geberelementes 3 bildet. Die weiteren Leiterbahnstrukturen 30 und der weitere Teilbereich 31 arbeiten grundsätzlich nach demselben Prinzip wie die Leiterbahnabschnitte 2 in Zusammenwirken mit den ersten Teilbereichen 4. Auch dabei ist es ausreichend, mindestens zwei weitere Leiterbahnstrukturen 30 auf dem Schaltungsträger 1 und mindestens einen weiteren Teilbereich 31 aus elektrisch leitfähigem Material sowie einen weiteren Teilbereich aus elektrisch nicht leitfähigem Material auf dem Geberelement vorzusehen. Mit Hilfe der weiteren Leiterbahnstrukturen 30 und der weiteren Teilbereiche des Geberelementes 3 lässt sich beispielsweise eine Indexfunktion realisieren, die zur Plausibilisierung des mit Hilfe der Leiterbahnabschnitte 2 bestimmten Drehmoment- und/oder Drehwinkelwertes genutzt werden kann.
  • Eine derartige Indexfunktion erlangt für den Fall eine besondere Bedeutung, dass die Vorrichtung redundant ausgelegt ist. Redundant bedeutet dabei, dass von den als Antennen wirkenden 2·k Leiterbahnabschnitten, jeweils k Leiterbahnabschnitte, also die Hälfte, zum Bestimmen des Drehmomentes und/oder des Drehwinkels der Welle verwendet werden. Auf diese Weise erhält man zwei unabhängige redundante Signale, was zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und damit der Sicherheit der Vorrichtung beiträgt. Bei verschiedenen Anwendungen ist eine Redundanz auch zwingend gefordert, welche auf diese Weise kostengünstig zu realisieren ist. Durch diese Vorgehensweise halbiert sich jedoch der Messbereich von 360° auf 180°.
  • Dieser Reduzierung des Messbereichs kann aber durch die ebenfalls als Antennen wirkenden weiteren Leiterbahnstrukturen 30 kompensiert werden, da mit Hilfe dieser Strukturen ermittelt werden kann, in welchem Teilbereich der Wert des Drehwinkels liegen muss. Sind, wie in 3 dargestellt, vier weitere Leiterbahnstrukturen 30 vorgesehen, ergibt sich daraus eine Indexfunktion, welche den Messbereich in vier Teilabschnitte von 0° bis 90°, von 90° bis 180°, von 180° bis 270° und von 270° bis 360° aufteilt. Bei nur zwei Leitarbahnstrukturen 30 würde sich dementsprechend eine Aufteilung auf zwei Teilbereiche von 0° bis 180° bzw. 180° bis 360° ergeben.
  • Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen des Drehwinkels einer Welle eingesetzt, also der Schaltungsträger 1 oder das Geberelement 3 an einer im Bereich der Welle angeordneten drehfesten Komponente befestigt, so können dabei auch verdrehwinkel von 360° und mehr auftreten. Auch dabei kann die Indexfunktion vorteilhaft genutz werden, indem sie als eine Art Zähler dient, welche die Anzahl der Umdrehungen wiedergibt.
  • Außerdem ist in 3 ein Stecker 32 vorgesehen, über welchen die Leiterbahnabschnitte 2 und/oder -strukturen 30 und/oder die Auswerteschaltung 8 elektrisch kontaktiert werden. Ein derartiger Stecker 32 ist selbstverständlich unabhängig von der konkreten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontaktierung der einzelnen Komponenten einsetzbar.
  • Sowohl der Schaltungsträger 1 als auch das Geberelement 3 werden vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen können die Bauelemente teilweise oder vollständig beschichtet werden, z. B. mit Hilfe von Lack oder Polymerbeschichtungen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Lenksäule in einem Kraftfahrzeug.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 2951148 A1 [0002]
    • - DE 102005025870 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels einer Welle, die aufweist – einen zur Welle konzentrischen Schaltungsträger (1), auf dem mindestens zwei stromdurchflossene Leiterbahnabschnitte (2) angeordnet sind, und – genau ein zur Welle konzentrisches und gegenüber dem Schaltungsträger (1) verdrehbares Geberelement (3) mit mindestens einem ersten Teilbereich (4) aus elektrisch leitfähigem Material und mindestens einem zweiten Teilbereich (5) aus elektrisch nicht leitfähigem Material, wobei sich bei Aufbringen eines Drehmomentes auf die Welle das Geberelement (3) gegenüber dem Schaltungsträger (1) verdreht, wodurch sich eine Überdeckungsfläche zwischen den Leiterbahnabschnitten (2) und dem oder den ersten Teilbereichen (4) des Geberelements (3) verändert und dadurch eine Veränderung einer Induktivität der Leiterbahnabschnitte (2) eintritt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schaltungsträger (1) und das Geberelement (3) scheibenförmig ausgebildet sind.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Geberelement (3) aus elektrisch leitfähigem Grundmaterial besteht und vorzugsweise sektor- oder segmentförmige Ausschnitte vorgesehen sind, welche den oder die zweiten Teilbereiche (5) bilden und vorzugsweise in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über das Geberelement (3) verteilt sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Geberelement (3) aus elektrisch nicht leitfähigem Grundmaterial besteht und vorzugsweise sektor- oder segmentförmige Metallflächen vorgesehen sind, welche den oder die ersten Teilbereiche (4) bilden und vorzugsweise in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über das Geberelement (3) verteilt sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Metallflächen als spritzgussgekapselte Metalleinlegeteile ausgeführt sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnabschnitte (2) durch spiralförmig auf dem Schaltungsträger (1) angeordnete Leiterbahnen gebildet werden, welche vorzugsweise in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig über den Schaltungsträger (1) verteilt sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich aufweist eine auf dem Schaltungsträger (1) angeordnete Auswerteschaltung (8) zum Auswerten einer durch die Veränderung der Induktivität verursachte Änderung der Schwingungsfrequenz eines aus den Leiterbahnabschnitten (2) gebildeten Schwingkreises.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (1) und das Geberelement (3) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind und/oder die Leiterbahnabschnitte (2) über einen Stecker (32) elektrisch kontaktierbar sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (1) und/oder das Geberelement (3) zum Schutz vor Umwelteinflüssen beschichtet sind.
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