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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung eines auf eine Lenkwelle einwirkenden Drehmoments, eine entsprechende Lenkwelle, ein Lenkunterstützungssystem sowie ein zugehöriges Verfahren.
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Stand der Technik
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Wenngleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Lenkunterstützungssysteme von Kraftfahrzeugen beschrieben wird, sei betont, dass die vorgeschlagenen Maßnahmen unter Erzielung der jeweiligen Vorteile auch in anderen Einsatzbereichen verwendet werden können, in denen in entsprechender Weise Drehwinkel oder -momente zu erfassen sind.
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Lenkunterstützungssysteme für Kraftfahrzeuge sind bekannt. In der Regel ist die Lenkwelle in derartigen Systemen zweigeteilt, wobei ein lenkradseitiger erster Lenkwellenabschnitt mit einem lenkgetriebeseitigen zweiten Lenkwellenabschnitt über einen Torsionsstab verbunden ist. Wird das Lenkrad gedreht, verdreht sich der Torsionsstab aufgrund des Reibwiderstands zwischen Reifen und Fahrbahn. Auf Grundlage der Verdrehung der Lenkwellenabschnitte zueinander kann bei bekannter Federkonstante des Torsionsstabs das aufgebrachte Lenkmoment bestimmt werden. Abhängig vom Lenkmoment wird durch ein Steuergerät eine durch eine Servoeinrichtung bereitgestellte Lenkunterstützungskraft dosiert.
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Zur Bestimmung der Verdrehung können die Winkelstellungen beider Abschnitte der Lenkwelle gemessen werden. Der Verdrehwinkel entspricht der Differenz der Winkelstellungen. Dieser Verdrehwinkel ist in der Regel klein, so dass Ungenauigkeiten in den Winkelbestimmungen große Auswirkungen auf die Drehmomentbestimmung haben. Die entsprechenden Winkel müssen daher mit größtmöglicher Genauigkeit (Winkelauflösung) erfasst werden.
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Bekannte Sensoranordnungen zur Erfassung eines Verdrehwinkels werten mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement die Magnetfeldinformationen eines Magnetpolrades aus, das aufgrund eines auf den Torsionsstab wirkenden Drehmoments relativ zum Sensorelement verdreht wird. Hierbei sind z. B. ferromagnetische Ringe einsetzbar, die axial verlaufende Zähne aufweisen, mit denen der magnetische Fluss zwischen dem Magnetpolrad und dem Sensorelement beeinflussbar ist.
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In der
DE 10 2005 011 196 ist zusätzlich vorgesehen, die ferromagnetischen Ringe als Fluxringe derart auszubilden, dass sich das Sensorelement und das Magnetpolrad zwischen dem auf einem kleineren Durchmesser liegen inneren Fluxring und dem auf einem größeren Durchmesser liegenden äußeren Fluxring befinden. Hierdurch kann ein Magnetkreiskonzept realisiert werden, bei dem das Toleranzverhalten des Magnetkreises in axialer Richtung optimierbar ist. Die Fluxringe können axial verlaufende und nicht ineinander greifende Zähne aufweisen, mit denen der magnetische Fluss zwischen dem Magnetpolrad und dem Sensorelement beeinflussbar ist.
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Aus der
EP 1 315 954 B1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels und/oder einer Winkeldifferenz aus Phasensignalen bekannt. Winkel und Winkeldifferenz werden dabei gleichzeitig aus zwei mehrdeutigen Phasenmessungen ermittelt. Die Phasensignale werden in derartigen Verfahren beispielsweise durch Abtasten eines entsprechend codierten Bereichs, beispielsweise auf einer Welle, bestimmt, wobei das durch die Strukturierung des codierten Bereichs reflektierte Licht ein Muster enthält, welches beispielsweise auf einen Opto-ASIC projiziert und in ein Winkelsignal umgerechnet wird.
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Ein weiteres optisches Verfahren zur Bestimmung eines Verdrehwinkels beinhaltet, zwei an die Lenkwellenabschnitte jeweils angebrachte Lochscheiben axial zu durchleuchten. Verdrehen sich beide Lenkwellenabschnitte zueinander, verschieben sich die Löcher in den Scheiben radial relativ zueinander. Die sich verändernde Intensität der durch die sich entsprechend verkleinernden Öffnungen dringenden Strahlung kann mit einer Photodiode detektiert werden. Das einfallende Licht ist somit ein Maß für die Torsion.
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Weitere Verfahren beruhen beispielsweise auf induktiven Messpinzipien und auf der Verwendung von Dehnungsmessstreifen.
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Die genannten Verfahren des Standes der Technik sind jedoch in einigen Fällen, insbesondere hinsichtlich der Winkelauflösung, nicht zufriedenstellend und in ihrer Realisierung aufwendig. Es besteht daher der Bedarf nach alternativen Messtechniken zur Bestimmung eines auf eine Lenkwelle einwirkenden Drehmoments über einen Verdrehwinkel mit größtmöglicher Auflösung, welche mittels kompakter Drehmomentsensoren realisiert werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Anmeldung eine Anordnung zur Bestimmung eines auf eine Lenkwelle, welche einen lenkradseitigen ersten Lenkwellenabschnitt, einen lenkgetriebeseitigen zweiten Lenkwellenabschnitt und einen die Lenkwellenabschnitte verbindenden Torsionsstab aufweist, einwirkenden Drehmoments auf Grundlage einer durch das Drehmoment bewirkten Verdrehung des ersten Lenkwellenabschnitts gegenüber dem zweiten Lenkwellenabschnitt, eine entsprechende Lenkwelle sowie ein Lenkunterstützungssystem und ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Verwendung eines alternativen optischen Messprinzips mit hoher Winkelauflösung. Erfindungsgemäß wird dazu das Phänomen der Interferenz genutzt. Hierbei wird eine Variation einer durch ein Interferometer gemessenen optischen Weglänge in Abhängigkeit von einem Drehwinkel unter Verwendung asymmetrisch gelagerter Elemente (nachfolgend allgemeiner als ”Exzenterelemente” bezeichnet), insbesondere asymmetrisch gelagerter Scheiben in Form gerader Zylinder (Drehzylinder) realisiert. Die Exzenterelemente weisen wenigstens teilweise reflektierende Oberflächen auf.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann insbesondere mit einer Lenkwelle realisiert werden, bei der zwei Lenkwellenabschnitte durch einen vorteilhafterweise innen liegenden Torsionsstab miteinander verbunden sind, welcher beispielsweise eine Verdrehung beider Wellen zueinander von maximal ±3° zulässt. Auf beiden Wellen ist jeweils drehfest, vorzugsweise terminal, ein Exzenterelement befestigt. Die Exzenterelemente beider Lenkwellenabschnitte weisen vorteilhafterweise einen möglichst geringen Abstand zueinander auf und können beispielsweise über eine Presspassung mit den jeweiligen Wellen verbunden sein. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind ebenfalls denkbar. In einem definierten Abstand zu einem reflektierenden Bereich der Exzenterelemente, vorzugsweise einer Mantelfläche eines Drehzylinders, befindet sich eine optische Messanordnung, welche ein Interferometer aufweist. Details eines vorteilhafterweise verwendeten Michelson-Interferometers werden im Rahmen der Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Durch die benachbarte Anordnung der Exzenterelemente kann vorteilhafterweise ein Interferometer verwendet werden, welches eine einzelne Lichtquelle, beispielsweise eine Laserdiode aufweist. Der durch die Lichtquelle emittierte Lichtstrahl wird durch Verwendung einer geeigneten Linse in zwei getrennte Lichtstrahlen bzw. Strahlenbündel aufgeteilt. Durch Verwendung einer gemeinsamen Lichtquelle kann ein entsprechendes Interferometer jedoch besonders kostengünstig und mit höherer Genauigkeit bereitgestellt werden. Wenngleich die Verwendung einer einzelnen Lichtquelle damit in dieser Hinsicht gewisse Vorteile bietet, können beispielsweise aus Redundanzgründen auch vorteilhafterweise zwei getrennte Strahlungsquellen zum Einsatz kommen.
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Ein Interferometer eignet sich im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung in besonderer Weise dazu, kleinste Änderungen in der jeweiligen Weglängendifferenz zwischen den Strahlenbündeln zuverlässig zu messen, wobei die erreichbare Auflösung in der Größenordnung der halben Wellenlänge des verwendeten Lichts liegt. Zur Messung wird vorteilhafterweise die Anzahl der Interferenzmaxima und/oder -minima, die während der Bewegung durchlaufen werden, erfasst. Jedes Maximum bzw. Minimum entspricht einer Weglängenänderung um eine Wellenlänge, also einer Positionsänderung um eine halbe Wellenlänge. Die Geschwindigkeit der messbaren Änderung ist durch die erreichbare Zählrate eines verwendeten Detektors bzw. der diesem zugeordneten Auswerteelektronik begrenzt. Da es sich jedoch bei den hier erfassten Signalen um Impulse mit quasi digitalem Charakter handelt, können aus dem Stand der Technik verfügbare, leistungsfähige Erfassungseinrichtungen bzw. Zähler verwendet werden. Die elektronische Auswertung ist dabei im Rahmen der maximalen Zählrate entsprechender optischer Detektoren auch unabhängig von der Drehgeschwindigkeit.
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Die Auszählung der Interferenzmaxima oder -minima eignet sich, wie erwähnt, im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung in besonderer Weise zur Bestimmung eines auf eine Lenkwelle einwirkenden Drehmoments. Gegenüber einer Auswertung der Intensität des am Detektor eintreffenden Lichtstrahls, die alternativ oder zusätzlich ebenfalls vorgenommen werden kann, kann hier die genannte hohe Auflösung durch die Verwendung asymmetrisch gelagerter Scheiben, wie unten näher erläutert, zusätzlich erhöht werden. Ein Lenksystem der hier interessierenden Art ist kontinuierlich in Bewegung, wobei variable Drehgeschwindigkeiten auftreten, so dass ein quasistationärer Zustand, wie er für die intensitätsbasierte Interferometie erforderlich ist, in der Regel nicht erreicht werden kann.
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Mit anderen Worten schlägt die Erfindung einen interferometrisch messenden Drehmomentsensor vor, wobei durch eine Verdrehung eine Veränderung der optischen Weglänge eines Messstrahls durch einen drehwinkelabhängigen Abstand eines Exzenterelements mit wenigstens teilweise reflektierender Oberfläche zum Strahlteiler eines Interferometers bewirkt und ausgewertet wird.
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Bei dem vorgeschlagenen Messverfahren handelt es sich um ein kontaktloses Verfahren, bei dem keine Reibung auftritt, keine Geräusche entstehen und kein Verschleiß erfolgt. Durch die Verwendung des Interferenz-Messverfahrens wird ein sehr kleines, kompaktes und robustes Design einer entsprechenden Messanordnung ermöglicht. Das Verfahren erlaubt eine außerordentlich hohe Winkelauflösung und vermeidet Hystereseeffekte. Werden die Komponenten des Systems entsprechend ausgelegt, kann das System kostengünstig realisiert werden. Eine Redundanz und damit eine erhöhte Sicherheit kann sehr einfach, beispielsweise durch Verwendung zweier Lichtquellen, erzielt werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Interferometer gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt in schematischer, teilperspektivischer Darstellung eine Lenkwelle mit einer Anordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt im schematischer Längsschnittdarstellung eine Lenkwelle mit einer Anordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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4A–4C zeigen in schematischer Draufsichtdarstellung einen Lenkwellenabschnitt mit einer Anordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in unterschiedlichen Winkelstellungen.
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5 zeigt in Detailansicht eine Anordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit strukturierten Oberflächen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den nachfolgenden Figuren sind identische Elemente mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Auf eine wiederholte, vollständige Erläuterung wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
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In 1 ist ein Interferometer 4 gemäß dem Stand der Technik in Form eines Michelson-Interferometers dargestellt. Die generelle Funktionsweise eines Interferometers beruht darauf, dass ein (kohärenter) Ausgangslichtstrahl 411 in zwei Teilstrahlen 412, 413 aufgeteilt wird. Die zwei Teilstrahlen 412, 413 durchlaufen unterschiedlich lange Strecken oder Medien, in welchen die Laufzeit der Teilstrahlen 412, 413 unterschiedlich ist, so dass sich eine Phasenverschiebung der zwei Teilstrahlen 412, 413 ergibt. Werden die beiden Teilstrahlen nach dem Durchlaufen der jeweiligen Strecken wieder zu einem Gesamtstrahl 414 zusammengeführt, kommt es zur Interferenz.
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Ein Michelson-Interferometer verwendet zur Aufteilung des Ausgangslichtstrahls einen halbdurchlässigen Spiegel 421. Ein von einer Lichtquelle 41, beispielsweise einer Laserdiode, ausgehender monochromatischer (kohärenter) Lichtstrahl 411 wird am halbdurchlässigen Spiegel 421 teilweise als Teilstrahl 413 transmittiert, teilweise als Teilstrahl 412 reflektiert. Sowohl der transmittierte Lichtstrahl 413 als auch der reflektierte Lichtstrahl 412 treffen nun jeweils auf eine vollständig reflektierende Spiegelfläche 43 bzw. 43' und werden wieder auf den halbdurchlässigen Spiegel 421 zurückgeworfen, wo sie sichzu einem Gesamtstrahl 414 überlagern und ggf. konstruktiv oder destruktiv interferieren. Wird die optische Weglänge einer der beiden. Teilstrahlen 412, 413 verändert, beispielsweise indem die Fläche 43' oder ein entsprechendes reflektierendes Messobjekt entlang einer Distanz A verschoben wird oder indem die Brechzahl des Mediums in einem der beiden sogenannten Interferometerarme verändert wird, verschieben sich die Phasen der beiden Wellen gegeneinander. Über eine Erfassung der resultierenden Welle in einem Detektor 44, insbesondere durch eine Auszählung der Intensitätsmaxima und/oder -minima, können damit bereits kleinste Veränderungen des Gangunterschieds zwischen den beiden Wellen gemessen werden. Dazu wird der Detektor zweckmäßigerweise als Photodetektor ausgebildet, der somit bei einer Längenänderung abwechselnd Minima und Maxima des Interferenzbildes erfasst.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann, wie nachfolgend genauer erläutert, das monochromatische Licht einer Strahlquelle 41 auch über eine Linse 41' und/oder eine Blende 45 so aufgeteilt werden, dass zwei Strahlengänge über einem ausreichend dimensionierten Strahlteiler verteilt werden können.
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In 2 ist eine Lenkwelle 100 mit einem lenkradseitigen ersten Lenkwellenabschnitt 1 und einem lenkgetriebeseitigen zweiten Lenkwellenabschnitt 2 dargestellt. Ein die Lenkwellenabschnitte 1, 2 verbindender Torsionsstab 3 ist schematisch angedeutet. Sowohl der lenkradseitige Lenkwellenabschnitt 1 als auch der lenkgetriebeseitige Lenkwellenabschnitt 2 weisen Exzenterelemente 10, 20 in Form von Umdrehungszylindern mit Mantelflächen 11, 21 auf. Die Exzenterelemente sind vorteilhafterweise in geringem Abstand D zueinander befestigt. Wenngleich im Rahmen der nachfolgenden Erläuterung von Exzenterelementen in Form von Umdrehungszylindern die Rede ist, sei zu verstehen gegeben, dass die Exzenterelemente auch andere Formen annehmen können, soweit dies zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Messverfahrens zweckmäßig ist. Beispielsweise können anstatt vollständiger Umdrehungszylinder auch Zylindersegmente verwendet werden. In einem Abstand zu den Mantelflächen der beiden Wellen 1, 2 bzw. der Exzenterelemente 10, 20 ist ein Interferometer 4 wie zuvor erläutert angeordnet, das hier schematisch dargestellt ist. Das Interferometer 4 bildet zusammen mit den Exzenterelementen 10, 20 eine Anordnung 200 zur Bestimmung eines Drehmoments gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der prinzipielle Bau eines Interferometers 4 wurde im Zusammenhang mit 1 erläutert, so dass hier lediglich wesentliche Elemente erneut beschrieben werden. Insbesondere ist eine kohärente Lichtquelle 41 vorgesehen, deren Licht über eine Linse 41' und (nicht dargestellte) Blenden in zwei Ausgangsstrahlen 411 aufgespalten wird. Nachfolgend wird lediglich einer dieser Strahlen weiter erläutert, die Erläuterung gilt jedoch in gleicher Weise auch für den anderen Strahl. Der Ausgangsstrahl 411 durchläuft einen Strahlteiler 42 mit einem halbdurchlässigen Spiegel 421. Wie erläutert, wird ein Messstrahl 412 erzeugt, welcher auf eine Mantelfläche 11 des Exzenterelements 10 auftrifft. Der Referenzstrahl 413 wird auf eine reflektierende Referenzfläche 43, beispielsweise einen Spiegel, transmittiert und von dieser reflektiert. Der Gesamtstrahl 414, der gegebenenfalls interferierende Wellen beinhaltet, trifft auf einen Detektor 44, beispielsweise eine Photodiode, insbesondere eine Avalanche-Photodiode (APD).
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3 zeigt eine Lenkwelle 100 mit einer Anordnung 200 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Schnittansicht. Die 3 entspricht in ihren Elementen im Wesentlichen der 2, wobei identische Elemente der Übersichtlichkeit halber nicht erneut erläutert werden. In 3 ist dargestellt, wie ein lenkradseitiger Lenkwellenabschnitt 1 mit einem lenkgetriebeseitigen Lenkwellenabschnitt 2 über einen innenliegenden Torsionsstab 3 verbunden ist. Ferner ist ein zweiteiliges Sensorgehäuse, bestehend aus einem Scheibengehäuse 102 und einem Optikgehäuse 47 dargestellt. Ein Raum innerhalb des Optikgehäuses 47 ist von einem Raum innerhalb des Scheibengehäuses durch eine lichtdurchlässige und staubdichte Trennung 48 abgegrenzt. Das Scheibengehäuse 102 weist zur Abdichtung und zum Schutz der innenliegenden Exzenterelemente 10, 20 Dichtringe 101 auf. Das Optikgehäuse 47 weist gegebenenfalls auch eine Auswerteelektronik (nicht dargestellt) auf, durch welche eine Auswertung der Sensorsignale vorgenommen werden kann. In der 3 ist ferner zu sehen, wie ein durch eine Linse 41' aufgeweiteter, kohärenter, von einer Lichtquelle 41 emittierter Lichtstrahl 411 durch eine Blende 45 und eine weitere Blende 46 jeweils in Einzelstrahlen aufgespalten wird. Weitere Details des Interferometers 4 sind den 1 und 2 zu entnehmen.
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Liegt an der Lenkwelle 100 der 2 und 3 kein Drehmoment an, weisen beide Exzenterelemente 10, 20 exakt die gleiche Lage zueinander auf. Wird ein Drehmoment aufgebracht, ändert sich die relative Lage der beiden Exzenterelemente 10, 20 zueinander zeitweise, d. h. der Abstand der Mantelflächen der Exzenterelemente 10, 20 zum Interferometer 4 variiert in Abhängigkeit vom Drehmoment. Hierdurch werden Laufzeitunterschiede der Messstrahlen 412 der von den Mantelflächen reflektierten Wellen bewirkt, was, wie zuvor erläutert, zu einem Durchlaufen von Intensitätsmaxima und Intensitätsminima in den Gesamtstrahlen 414 führt. Diese Maxima und/oder Minima stellen ein Maß für die Änderung der Wegelängendifferenz dar, das durch Auszählen bestimmt werden kann. Jedes Maximum oder Minimum entspricht einer Weglängenänderung um eine Wellenlänge, also einer Lageänderung des jeweiligen Exzenterelements 10, 20 um eine halbe Wellenlänge. Die absoluten Weglängen oder deren absolute Differenz können nicht gemessen werden, ebensowenig die Richtung der Bewegung. Die Geschwindigkeit der messbaren Änderung ist durch die erreichbare Zählrate begrenzt. Für die Ermittlung des Drehmoments ist die zeitliche Differenz der Zählraten beider Detektoren entscheidend.
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In den 4A bis 4C ist jeweils ein Lenkwellenabschnitt 1, 2 mit einem hieran befestigten Exzenterelement 10, 20 in unterschiedlichen Winkelstellungen in Draufsicht dargestellt. Die Figuren betreffen einen lenkradseitigen Lenkwellenabschnitt 1 und den lenkgetriebeseitigen Lenkwellenabschnitt 2 in analoger Weise. Das Interferometer 4 ist vereinfacht dargestellt, insbesondere ist in der Darstellung der 4A bis 4C keine Linse 41 angegeben. Ebenso ist jeweils nur ein Strahlengang dargestellt. Das Interferometer 4 wurde in seinen Einzelheiten bereits zuvor erläutert, im Gegensatz zur Darstellung der 1 weist das Interferometer eine erste Blende 45 und eine zweite Blende 46 auf, der halbdurchlässige Spiegel 421 ist schematisch dargestellt und in einem Strahlteilerelement 42 angeordnet.
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Die in den 4A bis 4C angegebenen Maße sind rein beispielhaft zu verstehen und schränken in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung ein. Die Maßangaben dienen lediglich der Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Prinzipien.
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Das Interferometer 4 befindet sich in einem festen Abstand X zu einer Achse A', A'' des Lenkwellenabschnitts 1, 2. Ein Exzenterelement in Form eines Drehzylinders, das an den Mantelflächen 11, 21 wenigstens teilweise reflektierend ausgebildet ist, weist beispielsweise 30 mm Durchmesser auf. Die Achse des Exzenterelements 10', 20' befindet sich beispielsweise um einen Abstand E, beispielsweise 2 mm, exzentrisch versetzt auf dem Lenkwellenabschnitt 1, 2. Die Achse 1', 2' des Lenkwellenabschnitts 1, 2 und die Achse 10', 20' des Exzenterelements 10, 20 sind damit parallel in einem Abstand von 2 mm angeordnet. Der Lenkwellenabschnitt 1, 2 weist im dargestellten Beispiel einen Durchmesser von 20 mm, das Exzenterelement 10, 20 einen Durchmesser von 30 mm auf. Hieraus ergibt sich ein maximaler Abstand der Achse 1', 2' des Lenkwellenabschnitts 1, 2 zu einem äußersten Punkt des Exzenterelements 10, 20 zu 17 mm, ein minimaler Abstand entsprechend zu 13 mm. Wie aus der Figur unmittelbar ersichtlich, ergibt eine halbe Umdrehung (180°) der Welle des Lenkwellenabschnitts 1, 2 eine Änderung eines Abstands der Mantelfläche des Exzenterelements 10, 20 zum Interferometer von 4 mm.
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Wird als Lichtquelle 41 eine monochromatische Laserlichtquelle, z. B. eine blauviolette Laserdiode aus InGaN verwendet (wie beispielsweise aus Blue-Ray-Geräten bekannt) mit 24 nm Wellenlänge, so ergibt eine Weglängendifferenz von 4 mm ca. 9.524 Maxima- oder Minimaübergänge (bei der erwähnten 180°-Drehhung), was 53 Übergängen pro Grad der Umdrehung bzw. einer Winkelauflösung von 0,019° entspricht.
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In 4 ist eine mögliche Oberflächenstrukturierung eines Exzenterelements 10, 20 bzw. dessen Mantelfläche 11, 21 und einer lokal feststehenden Referenzfläche 43 eines Interferormeters 4 dargestellt. Da die Mantelfläche 11, 21 des Exzenterelements 10, 20 in Abhängigkeit vom Drehwinkel auch in ihrem Winkel zum Interferometer 4 variiert, kann es vorteilhaft sein, die Oberflächen derart auszubilden, dass unabhängig vom Verkippungswinkel stets die gleiche Intensität an Strahlung rückgekoppelt wird. Dies kann durch eine Nanostrukturierung der Oberfläche erfolgen. Vorteilhafterweise werden hierzu halbkugelförmige (sphärische) Strukturen verwendet, welche unabhängig von einer Verkippung immer den gleichen Anteil an Strahlung reflektieren.
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In der 5 ist in Teilansicht 510 eine mikrostrukturierte Oberfläche 431 einer feststehenden, reflektierenden Referenzfläche 43 eines Interferometers 4 dargestellt, auf welche aus einem Strahlteiler 42 ein Teilstrahl 413 auftrifft. Ansicht 501 zeigt eine sphärische Struktur 515, den eingestrahlten Teilstrahl 413 und die reflektierten Komponenten 413'.
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Entsprechend ist in Teilansicht 520 eine Oberfläche 111 auf der Mantelfläche 11 eines Exzenterelements 10 dargestellt, wobei ein durch eine optionale Blende 46 laufender Messstrahl 412 auftrifft. Entsprechend zur Ansicht 501 sind in den Ansichten 502 und 503 sphärische Elemente mit entsprechenden Strahlen dargestellt. Die Teilansicht 520, die eine Oberfläche 111 auf der Mantelfläche 11 eines Exzenterelements 10 veranschaulicht, betrifft in gleicher Weise eine Oberfläche 211 auf der Mantelfläche 21 eines Exzenterelements 20.
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Die genannten Strukturen sind im Vergleich zum eingestrahlten Strahlenbündel so klein auszugestalten (in Form einer ”Nanostruktur” im Submikrometerbereich), dass immer eine ausreichend große Lichtmenge in das Interferometer 4 rückgekoppelt wird. Damit die Intensitäten der interferierenden Wellen annähernd gleich sind, ist es, wie erwähnt, vorteilhaft, auch die lokal feststehende reflektierende Referenzfläche 43 mit einer derartigen Oberfläche zu versehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005011196 [0006]
- EP 1315954 B1 [0007]
