DE102017130075A1

DE102017130075A1 - Torque sensor assembly

Info

Publication number: DE102017130075A1
Application number: DE102017130075.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Wittmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentsensoranordnung (01) zur Ermittlung eines Drehmomentes an einem sich in einer Achse (03) erstreckenden Maschinenelement (02). Die Drehmomentsensoranordnung (01) umfasst mindestens einen Primärsensor (04), welcher als ein magnetisch kodierter Abschnitt des Maschinenelementes (02) ausgebildet ist, und mindestens einen dem Primärsensor (04) gegenüberliegend angeordneten Sekundärsensor (05) zum Umwandeln der Änderungen des magnetischen Feldes des Primärsensors (04) in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor (05) ist auf einer Platine (07) angeordnet. Erfindungswesentlich ist, dass die Platine (07) weiterhin eine Grundfläche (08) sowie eine zu dieser winklig verlaufende Fläche (09) aufweist, wobei die Fläche (09) dem Primärsensor (04) gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei der Sekundärsensor (05) auf der Fläche (09) angeordnet ist.The present invention relates to a torque sensor arrangement (01) for determining a torque on a machine element (02) extending in an axis (03). The torque sensor arrangement (01) comprises at least one primary sensor (04), which is designed as a magnetically coded section of the machine element (02), and at least one secondary sensor (05) arranged opposite the primary sensor (04) for converting the changes of the magnetic field of the primary sensor (04) into an electrical signal. The secondary sensor (05) is arranged on a circuit board (07). It is essential to the invention that the circuit board (07) furthermore has a base surface (08) and a surface (09) extending at an angle thereto, wherein the surface (09) is arranged opposite the primary sensor (04), and wherein the secondary sensor (05) the surface (09) is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentsensoranordnung zur Ermittlung eines Drehmomentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Die Drehmomentsensoranordnung basiert auf dem invers-magnetostriktiven Effekt.The present invention relates to a torque sensor arrangement for detecting a torque on a machine element extending in an axis. The torque sensor arrangement is based on the inverse magnetostrictive effect.

Die WO 2016/127988 A1 zeigt eine Anordnung zum Messen einer Kraft bzw. eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Die Kraft bzw. das Moment wirkt auf das Maschinenelement, wodurch es zu mechanischen Spannungen kommt und sich das Maschinenelement geringfügig verformt. Das Maschinenelement weist mindestens zwei sich umfänglich um die Achse herum erstreckende Magnetisierungsbereiche für eine im Maschinenelement ausgebildete Magnetisierung auf. Die Magnetisierungsbereiche bilden jeweils einen Primärsensor zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes. Die Anordnung umfasst weiterhin mindestens einen ersten Magnetfeldsensor, einen zweiten Magnetfeldsensor und einen dritten Magnetfeldsensor, welche jeweils einen Sekundärsensor zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes bilden. Die Primärsensoren, d. h. die Magnetisierungsbereiche dienen zur Wandlung der zu messenden Kraft bzw. des zu messenden Momentes in ein entsprechendes Magnetfeld, während die Sekundärsensoren die Wandlung dieses Magnetfeldes in elektrische Signale ermöglichen. Die Magnetfeldsensoren sind jeweils zur einzelnen Messung einer Richtungskomponente eines durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft bzw. das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Das Magnetfeld tritt aufgrund des invers-magnetostriktiven Effektes auf. Die Magnetfeldsensoren sind gegenüber dem Maschinenelement angeordnet, wobei bevorzugt nur ein geringer radialer Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren und einer inneren oder äußeren Oberfläche des Maschinenelementes vorhanden ist. Die Magnetfeldsensoren können paarweise an gleicher Position, beispielsweise auf einer Vorder- und einer Rückseite einer Platine angeordnet sein.The WO 2016/127988 A1 shows an arrangement for measuring a force or a moment on a machine element extending in an axis. The force or the moment acts on the machine element, which leads to mechanical stresses and the machine element deforms slightly. The machine element has at least two magnetization areas extending circumferentially about the axis for a magnetization formed in the machine element. The magnetization regions each form a primary sensor for determining the force or the moment. The arrangement further comprises at least a first magnetic field sensor, a second magnetic field sensor and a third magnetic field sensor, which each form a secondary sensor for determining the force or the moment. The primary sensors, ie the magnetization regions serve to convert the force to be measured or the moment to be measured into a corresponding magnetic field, while the secondary sensors allow the conversion of this magnetic field into electrical signals. The magnetic field sensors are each designed for the individual measurement of a directional component of a magnetic field caused by the magnetization and by the force or the moment. The magnetic field occurs due to the inverse magnetostrictive effect. The magnetic field sensors are arranged opposite the machine element, with preferably only a small radial distance between the magnetic field sensors and an inner or outer surface of the machine element being present. The magnetic field sensors can be arranged in pairs at the same position, for example on a front and a back side of a circuit board.

Derzeit werden für Magnetfeldsensoren in der Regel plane Standardplatinen genutzt. Da das magnetostriktive Messprinzip nur bis zu einem bestimmten Abstand zwischen Primär- und Sekundärsensor funktioniert und zuverlässige Messwerte liefert, sollten die Magnetfeldsensoren so nah wie möglich an den Magnetisierungsbereichen des Bauteils platziert werden. Die Magnetfeldsensoren werden daher soweit wie möglich außen am Rand der Platine platziert, um möglichst nahe an den Primärsensor zu gelangen. Eine randnahe Platzierung von Bauteilen ist jedoch nicht immer möglich, da vorgegebene Platinen-Design-Regeln einen Mindestabstand zwischen dem Platinenrand und den auf der Platine zu platzierenden Bauteilen vorschreiben. Dadurch bedingt kann die Entfernung zwischen Primär- und Sekundärsensor groß werden, sodass dieses Sensorprinzip nur noch schlecht oder gar nicht mehr funktioniert. Einschränkungen existieren auch durch bestimmte Bauraumvorgaben.Currently, standard magnetic boards are commonly used for magnetic field sensors. Since the magnetostrictive measuring principle works only up to a certain distance between primary and secondary sensor and provides reliable measured values, the magnetic field sensors should be placed as close as possible to the magnetization areas of the component. The magnetic field sensors are therefore placed as far outside as possible on the edge of the board to get as close to the primary sensor. However, it is not always possible to place components close to the edge, because given board design rules stipulate a minimum distance between the edge of the board and the components to be placed on the board. As a result, the distance between primary and secondary sensors can be large, so that this sensor principle only works poorly or not at all. Restrictions also exist due to certain installation space specifications.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine Drehmomentsensoranordnung mit einem auf einer Platine platzierten Sekundärsensor zur Verfügung zu stellen, bei welcher stets ein optimaler Abstand zwischen dem Sekundärsensor und einem Primärsensor besteht.The object of the present invention, starting from the prior art, is to provide a torque sensor arrangement with a secondary sensor placed on a printed circuit board, in which there is always an optimal distance between the secondary sensor and a primary sensor.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Drehmomentsensoranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.To achieve the object according to the invention is a torque sensor arrangement according to the appended claim. 1

Die erfindungsgemäße Drehmomentsensoranordnung dient zum Messen eines Drehmomentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Die Achse bildet bevorzugt eine Rotationsachse des Maschinenelementes. Die Drehmomentsensoranordnung umfasst zunächst mindestens einen Primärsensor, welcher als magnetisch kodierter Abschnitt des Maschinenelementes ausgebildet ist. Mindestens ein Sekundärsensor ist dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet. Der Sekundärsensor dient zum Umwandeln der Änderungen des magnetischen Feldes des Primärsensors in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor befindet sich auf einer Platine und ist vorzugsweise als integrierte Schaltungsstruktur ausgebildet. Die Platine weist eine ebene Grundfläche und mindestens eine winklig zu der Grundfläche verlaufende Fläche auf. Diese winklig verlaufende Fläche ist dem Primärsensor gegenüberliegend angeordnet. Sie ist vorzugsweise wesentlich kleiner dimensioniert als die Grundfläche. Der Sekundärsensor ist auf der winklig verlaufenden Fläche angeordnet. Als vorteilhaft hat sich eine senkrecht zu der Grundfläche verlaufende Fläche erwiesen.The torque sensor arrangement according to the invention is used to measure a torque on a machine element extending in an axis. The axis preferably forms an axis of rotation of the machine element. The torque sensor arrangement initially comprises at least one primary sensor, which is designed as a magnetically coded section of the machine element. At least one secondary sensor is arranged opposite the primary sensor. The secondary sensor is used to convert the changes in the magnetic field of the primary sensor into an electrical signal. The secondary sensor is located on a circuit board and is preferably designed as an integrated circuit structure. The board has a flat base surface and at least one surface extending at an angle to the base surface. This angularly extending surface is arranged opposite the primary sensor. It is preferably substantially smaller in size than the base area. The secondary sensor is arranged on the angled surface. As advantageous, a perpendicular to the base surface has been found.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung besteht darin, dass durch Anordnung des Sekundärsensors auf der winklig zu der Grundfläche der Platine verlaufenden Fläche eine sehr nahe Positionierung des Sekundärsensors zu dem Maschinenelement und dem Primärsensor ermöglicht wird. Aus dem erfindungsgemäß realisierten sehr kleinen Abstand zwischen dem Magnetfeld des Primärsensors und dem Sekundärsensor resultieren große homogene Magnetfelder im Bereich des Sekundärsensors. Auf diese Weise können sehr hohe Messgenauigkeiten erreicht werden. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich außerdem durch eine sehr hohe Robustheit gegen externe Störfelder aus. Weiterhin ist vorteilhaft, dass mit der Drehmomentsensoranordnung sowohl axiale als auch radiale Magnetfelder gemessen werden können, da die Sekundärsensoren in drei Dimensionen angeordnet werden können. Die Lösung ist kostengünstig und aufwandsarm zu realisieren.A significant advantage of the torque sensor arrangement according to the invention is that a very close positioning of the secondary sensor to the machine element and the primary sensor is made possible by arranging the secondary sensor on the surface running at an angle to the base surface of the board. From the inventively realized very small distance between the magnetic field of the primary sensor and the secondary sensor result in large homogeneous magnetic fields in the region of the secondary sensor. In this way very high measuring accuracies can be achieved. The solution according to the invention is also characterized by a very high robustness against external interference fields. Furthermore, it is advantageous that with the torque sensor arrangement both axial and radial magnetic fields can be measured, since the secondary sensors can be arranged in three dimensions. The solution can be realized cost-effectively and with little effort.

Auf der Grundfläche der Platine befindet sich vorzugweise eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Sekundärsensors, welche bevorzugt als integrierte Schaltungsstruktur ausgebildet ist. Die Auswerteeinheit steht vorzugsweise im Datenaustausch mit einer externen Datenverarbeitungseinheit.On the base of the board is preferably an evaluation unit for evaluating the signals of the secondary sensor, which is preferably designed as an integrated circuit structure. The evaluation unit is preferably in data exchange with an external data processing unit.

Die Platine ist vorzugsweise als flexible Platine oder starrflexible Platine ausgebildet. Auf diese Weise kann die abgewinkelte Fläche aufwandsarm realisiert werden. Die Platine weist vorzugsweise mindestens einen flexiblen Bereich auf. Die winklig verlaufende bzw. abgewinkelte Fläche ist über den flexiblen Bereich mit der Grundfläche verbunden.The board is preferably designed as a flexible board or rigid flexible board. In this way, the angled surface can be realized with little effort. The board preferably has at least one flexible area. The angled or angled surface is connected via the flexible area with the base.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Platine eine erste und eine zweite abgewinkelte Fläche, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. Auf beiden Flächen ist mindestens ein Sekundärsensor angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Fläche über einen ersten flexiblen Bereich und die zweite Fläche über einen zweiten flexiblen Bereich jeweils mit der Grundfläche verbunden. Bei alternativen Ausführungsformen ist die erste Fläche über den ersten flexiblen Bereich mit der Grundfläche verbunden, während die zweite Fläche über den zweiten flexiblen Bereich mit der ersten abgewinkelten Fläche verbunden ist. Es sind auch Ausführungsformen möglich die drei, vier und mehr abgewinkelte Flächen umfassen. Die Flächen können sich um den gesamten Umfang des Maschinenelementes erstrecken.According to an advantageous embodiment, the board comprises a first and a second angled surface, which are arranged opposite one another. At least one secondary sensor is arranged on both surfaces. According to a preferred embodiment, the first surface is connected to the base area via a first flexible area and the second area is connected to the base area via a second flexible area. In alternative embodiments, the first surface is connected to the base surface via the first flexible region, while the second surface is connected to the first angled surface via the second flexible region. Embodiments are also possible which include three, four and more angled surfaces. The surfaces may extend around the entire circumference of the machine element.

Der mindestens eine Sekundärsensor ist bevorzugt durch eine Förstersonde, durch ein Fluxgate-Magnetometer, durch einen Hall-Sensor, durch eine Spule, durch einen Halbleitersensor oder durch einen XMR-Sensor, gebildet. Grundsätzlich kann auch ein anderer Sensortyp verwendet werden, insofern er zur Messung des durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Feldes geeignet ist.The at least one secondary sensor is preferably formed by a forester probe, by a fluxgate magnetometer, by a Hall sensor, by a coil, by a semiconductor sensor or by an XMR sensor. In principle, another type of sensor can also be used insofar as it is suitable for measuring the magnetic field produced by the inverse-magnetostrictive effect.

Der magnetisch kodierte Abschnitt, der den Primärsensor bildet, erstreckt sich vorzugsweise vollständig umlaufend um die Achse. Der magnetisch kodierte Abschnitt ist vorzugsweise permanent magnetisiert, sodass die Magnetisierung durch eine Permanentmagnetisierung gebildet ist. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Drehmomentsensoranordnung weiterhin mindestens einen Magneten zum Magnetisieren des magnetisch kodierten Bereiches auf, sodass die Magnetisierung des magnetisch kodierten Bereiches grundsätzlich temporär ist. Der mindestens eine Magnet kann durch mindestens einen Permanentmagneten oder bevorzugt durch einen Elektromagneten gebildet sein.The magnetically coded portion forming the primary sensor preferably extends completely circumferentially about the axis. The magnetically coded portion is preferably permanently magnetized, so that the magnetization is formed by a permanent magnetization. In alternative embodiments, the torque sensor arrangement further comprises at least one magnet for magnetizing the magnetically coded region, so that the magnetization of the magnetically coded region is basically temporary. The at least one magnet may be formed by at least one permanent magnet or preferably by an electromagnet.

Das Maschinenelement ist vorzugsweise mit zwei Primärsensoren ausgestattet. Den Primärsensoren ist vorzugsweise jeweils ein Sekundärsensor gegenüberliegend angeordnet.The machine element is preferably equipped with two primary sensors. The primary sensors preferably each have a secondary sensor arranged opposite one another.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Maschinenelement als eine Welle ausgebildet.According to an advantageous embodiment, the machine element is designed as a shaft.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung;
2 eine schematische Darstellung einer Drehmomentsensoranordnung nach dem Stand der Technik;
3 eine erste Ausführungsform einer Platine der erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung in ihrem nicht abgewinkelten bzw. geknickten Zustand;
4 die Platine gemäß 3 in ihrem geknickten Zustand;
5 eine zweite Ausführungsform der Platine in ihrem nicht abgewinkelten bzw. geknickten Zustand;
6 die Platine gemäß 5 in ihrem geknickten Zustand;
7 eine dritte Ausführungsform der Platine in ihrem nicht abgewinkelten bzw. geknickten Zustand;
8 die Platine gemäß 7 in ihrem geknickten Zustand;
9 eine vierte Ausführungsform der Platine in ihrem nicht abgewinkelten bzw. geknickten Zustand.

Further advantages and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, with reference to the accompanying figures. Show it:

1 a schematic representation of a preferred embodiment of a torque sensor arrangement according to the invention;
2 a schematic representation of a torque sensor arrangement according to the prior art;
3 a first embodiment of a circuit board of the torque sensor assembly according to the invention in its non-bent or kinked state;
4 the board according to 3 in her bent state;
5 a second embodiment of the board in its non-bent or kinked state;
6 the board according to 5 in her bent state;
7 a third embodiment of the board in its non-bent or kinked state;
8th the board according to 7 in her bent state;
9 a fourth embodiment of the board in its non-bent or kinked state.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung 01. Die Drehmomentsensoranordnung 01 dient zur Ermittlung eines Drehmomentes an einem Maschinenelement 02, welches in der gezeigten Ausführungsform als Welle ausgebildet ist. Das Maschinenelement 02 weist eine Achse 03 auf, welche auch die Rotationsachse des Maschinenelementes 02 bildet. Die Drehmomentsensoranordnung 01 umfasst zunächst zwei Primärsensoren 04. Hierbei handelt es sich um magnetisch kodierte Abschnitte des Maschinenelementes 02. Das Maschinenelement 02 besteht vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material, welches auf einfache Art und Weise magnetisch abschnittsweise kodiert werden kann. Die magnetisch kodierten Abschnitte erstrecken sich vollständig umlaufend um die Achse 02 und sind axial beabstandet zueinander ausgebildet. Die Primärsensoren 04 wandeln die am Maschinenelement anliegenden Kräfte in ein magnetisches Signal, welches auf der Oberfläche des Maschinenelementes 02 erfasst werden kann. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a torque sensor arrangement according to the invention 01 , The torque sensor arrangement 01 used to determine a torque on a machine element 02 which is formed in the embodiment shown as a shaft. The machine element 02 has an axis 03 on, which also the axis of rotation of the machine element 02 forms. The torque sensor arrangement 01 initially includes two primary sensors 04 , These are magnetically coded sections of the machine element 02 , The machine element 02 is preferably made of a ferromagnetic material which is magnetic in a simple manner can be coded in sections. The magnetically coded sections extend completely circumferentially about the axis 02 and are formed axially spaced from each other. The primary sensors 04 convert the forces applied to the machine element forces in a magnetic signal, which on the surface of the machine element 02 can be detected.

Die Drehmomentsensoranordnung 01 umfasst weiterhin zwei Sekundärsensoren 05, die in unmittelbarer Nähe der Primärsensoren 04 angeordnet sind, wobei jeweils einer der Sekundärsensoren 05 jeweils einem der Primärsensoren 04 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Sekundärsensoren 05 setzen Änderungen des magnetischen Feldes, welche durch an den Primärsensoren 04 angreifende Kräfte bzw. mechanische Spannungen verursacht werden, in ein elektrisches Signal um. Die Sekundärsensoren 05 sind als auf einer Platine 07 angeordnete, integrierte Schaltungsstrukturen ausgebildet. Die Platine 07 besitzt eine Grundfläche 08 und eine winklig zu der Grundfläche 08 verlaufende abgewinkelte Fläche 09. In der gezeigten Ausführungsform ist die Grundfläche 08 eben. Die abgewinkelte Fläche 09 verläuft senkrecht zu der Grundfläche 08. Bei alternativen Ausführungen kann die Grundfläche 08 uneben ausgebildet sein. Die abgewinkelte Fläche 09 kann in einem beliebigen Winkel zu der Grundfläche 08 verlaufen. Die abgewinkelte Fläche 09 ist den Primärsensoren 04 gegenüberliegend angeordnet. Die Sekundärsensoren 05 befinden sich auf der Fläche 09. Durch die Positionierung der Sekundärsensoren 05 auf der abgewinkelten Fläche 09 kann ein sehr kleiner Abstand 10 zwischen den Primärsensoren 04 und den Sekundärsensoren 05 realisiert werden. Durch den kleinen Abstand 10 zwischen Primär- und Sekundärsensoren resultieren an den Sekundärsensoren vergleichsweise starke homogene Magnetfelder 12, die eine sehr hohe Messgenauigkeit ermöglichen und robust gegen externe Störfelder sind.The torque sensor arrangement 01 also includes two secondary sensors 05 in the immediate vicinity of the primary sensors 04 are arranged, each one of the secondary sensors 05 each one of the primary sensors 04 is arranged opposite. The secondary sensors 05 put changes in the magnetic field, which at through the primary sensors 04 acting forces or mechanical stresses are converted into an electrical signal. The secondary sensors 05 are as on a circuit board 07 arranged, integrated circuit structures formed. The board 07 has a base area 08 and one angled to the base 08 extending angled surface 09 , In the embodiment shown, the base area 08 just. The angled surface 09 runs perpendicular to the base 08 , In alternative designs, the base area 08 be uneven. The angled surface 09 can be at any angle to the base area 08 run. The angled surface 09 is the primary sensors 04 arranged opposite. The secondary sensors 05 are located on the surface 09 , By positioning the secondary sensors 05 on the angled surface 09 can be a very small distance 10 between the primary sensors 04 and the secondary sensors 05 will be realized. Through the small distance 10 between primary and secondary sensors result in relatively strong homogeneous magnetic fields at the secondary sensors 12 , which allow a very high measuring accuracy and are robust against external interference fields.

Eine Auswerteeinheit 11 ist auf der Grundfläche 08 der Platine 07 angeordnet. Die Auswerteeinheit 11 ist vorzugsweise als integrierte Schaltungsstruktur ausgebildet. Die Platine 07 ist bevorzugt als flexible Platine oder starrflexible Platine ausgeführt.An evaluation unit 11 is on the ground 08 the board 07 arranged. The evaluation unit 11 is preferably formed as an integrated circuit structure. The board 07 is preferably designed as a flexible board or rigid flexible board.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Drehmomentsensoranordnung 01 a nach dem Stand der Technik. Im Unterschied zu der erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung 01 besitzt die Platine 07a hier lediglich eine ebene Grundfläche 08a und keine von der Grundfläche abgewinkelte Fläche. Die Sekundärsensoren 05a und die Auswerteeinheit 11 sind auf der ebenen Grundfläche angeordnet. Da die Sekundärsensoren 05a mit einem bestimmten Abstand zu dem Rand der Platine 07a positioniert sind, ergibt sich ein verhältnismäßig großer Abstand 10a zwischen den Magnetfeldern 12a der Primärsensoren 04 und den Sekundärsensoren 05a. Aus dem großen Abstand 10a resultieren kleine inhomogene Magnetfelder 12a, welche nur eine unzureichende Messgenauigkeit ermöglichen und anfällig gegen externe Störfelder sind. 2 shows a schematic representation of a torque sensor arrangement 01 a according to the prior art. In contrast to the torque sensor arrangement according to the invention 01 owns the board 07a here only a flat base 08a and no area angled from the base. The secondary sensors 05a and the evaluation unit 11 are arranged on the flat base. Because the secondary sensors 05a with a certain distance to the edge of the board 07a are positioned, there is a relatively large distance 10a between the magnetic fields 12a the primary sensors 04 and the secondary sensors 05a , From the big distance 10a result in small inhomogeneous magnetic fields 12a , which only allow insufficient measurement accuracy and are susceptible to external interference.

3 und 4 zeigen eine erste Ausführungsform der Platine 07 der erfindungsgemäßen Drehmomentsensoranordnung 01. Die Platine 07 ist in ihrem nicht abgewinkelten bzw. nicht geknickten Zustand in 3 dargestellt. 4 zeigt die Platine 07 in ihrem geknickten Zustand. Die Platine 07 weist in der gezeigten Ausführung eine kreisförmige, ebene Grundfläche 08 auf. Auf der Grundfläche 08 ist die Auswerteeinheit 10 angeordnet. Die Platine 07 umfasst weiterhin eine erste und eine zweite rechteckförmige Fläche 13, 14, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Flächen 13, 14 sind kleiner dimensioniert als die Grundfläche 08. Die erste Fläche 13 ist über einen ersten flexiblen Bereich 15 und die zweite Fläche 14 über einen zweiten flexiblen Bereich 17 mit der Grundfläche 08 verbunden. Die flexiblen Bereiche 15, 17 ermöglichen ein winkliges Ausrichten der Flächen 13, 14 zu der Grundfläche 08. Die Flächen 13, 14 sind in ihrer Endposition senkrecht zu der Grundfläche 08 ausgerichtet. 3 and 4 show a first embodiment of the board 07 the torque sensor arrangement according to the invention 01 , The board 07 is in its non-angled or not kinked state in 3 shown. 4 shows the board 07 in her bent state. The board 07 has in the embodiment shown a circular, flat base 08 on. On the ground 08 is the evaluation unit 10 arranged. The board 07 further comprises a first and a second rectangular area 13 . 14 which are arranged opposite each other. The surfaces 13 . 14 are smaller in size than the base area 08 , The first area 13 is over a first flexible area 15 and the second surface 14 over a second flexible area 17 with the base area 08 connected. The flexible areas 15 . 17 allow angled alignment of the surfaces 13 . 14 to the base area 08 , The surfaces 13 . 14 are in their final position perpendicular to the base 08 aligned.

5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Platine 07, wobei in 5 der nicht geknickte und in 6 der geknickte Zustand der Platine 07 dargestellt ist. Die Platine 07 umfasst wiederum die Grundfläche 08 und die erste und die zweite Fläche 13, 14. Die Grundfläche 08 ist hier jedoch rechteckförmig ausgebildet. Die erste Fläche 13 ist wiederrum über den ersten flexiblen Bereich 15 mit der Grundfläche 08 verbunden. Abweichend von der in 3 und 4 gezeigten Lösung ist die zweite Fläche 14 über den zweiten flexiblen Bereich 17 mit der ersten Fläche 13 verbunden. Im geknickten Zustand der Platine 07 sind die erste und die zweite Fläche 13, 14 senkrecht zu der Grundfläche 08 ausgerichtet. 5 and 6 show a second embodiment of the board 07 , where in 5 the not kinked and in 6 the kinked state of the board 07 is shown. The board 07 again includes the base area 08 and the first and second surfaces 13 . 14 , The base area 08 However, here is rectangular. The first area 13 is in turn about the first flexible area 15 with the base area 08 connected. Notwithstanding the in 3 and 4 The solution shown is the second surface 14 over the second flexible area 17 with the first surface 13 connected. In the bent state of the board 07 are the first and the second surface 13 . 14 perpendicular to the base 08 aligned.

7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Platine 07 in ihrem nicht geknickten Zustand, während 8 den geknickten Zustand der Platine zeigt. Die Grundfläche 08 und die Flächen 13, 14 sind rechteckförmig ausgebildet. Die erste Fläche 13 ist über den ersten flexiblen Bereich 15 und die zweite Fläche 14 über den zweiten flexiblen Bereich 17 mit der Grundfläche 08 verbunden. Im geknickten Zustand der Platine 07 verlaufen die erste und die zweite Fläche 13, 14 wiederum senkrecht zu der Grundfläche 08. 7 shows a third embodiment of the board 07 in her not kinked state while 8th shows the kinked state of the board. The base area 08 and the surfaces 13 . 14 are rectangular in shape. The first area 13 is about the first flexible area 15 and the second surface 14 over the second flexible area 17 with the base area 08 connected. In the bent state of the board 07 the first and the second surface run 13 . 14 again perpendicular to the base 08 ,

9 zeigt eine vierte Ausführungsform der Platine 07 in ihrem nicht abgewinkelten bzw. nicht geknickten Zustand. Im Unterschied zu der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsform umfasst die Platine 07 hier eine zusätzliche dritte und vierte Fläche 18, 19. Die dritte Fläche 18 ist über einen dritten flexiblen Bereich 20 mit der ersten Fläche 13 verbunden. Die vierte Fläche 19 ist über einen vierten flexiblen Bereich 21 mit der zweiten Fläche 14 verbunden. Im geknickten Zustand der Platine 07 erstrecken sich die Flächen 13, 14, 18, 19 und die Grundfläche 08 im Wesentlichen um den gesamten Umfang des Maschinenelementes. 9 shows a fourth embodiment of the board 07 in their non-angled or not kinked state. Unlike in the 7 and 8th embodiment shown comprises the board 07 here an additional third and fourth surface 18 . 19 , The third area 18 is over a third flexible area 20 with the first surface 13 connected. The fourth area 19 is over a fourth flexible area 21 with the second surface 14 connected. In the bent state of the board 07 the surfaces extend 13 . 14 . 18 . 19 and the base area 08 essentially around the entire circumference of the machine element.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101: DrehmomentsensoranordnungTorque sensor assembly
0202: Maschinenelementmachine element
0303: Achseaxis
0404: Primärsensorprimary sensor
0505: Sekundärsensorsecondary sensor
0606: --
0707: Platinecircuit board
0808: Grundflächefootprint
0909: Flächesurface
1010: Abstanddistance
1111: Auswerteeinheitevaluation
1212: Magnetfeldermagnetic fields
1313: erste Flächefirst surface
1414: zweite Flächesecond surface
1515: erster flexibler Bereichfirst flexible area
1616: --
1717: zweiter flexibler Bereichsecond flexible area
1818: dritte Flächethird area
1919: vierte Flächefourth area
2020: dritter flexibler Bereichthird flexible area
2121: vierter flexibler Bereichfourth flexible area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2016/127988 A1 [0002]

Claims

A torque sensor arrangement (01) for determining a torque on a machine element (02) extending in an axis (03), comprising: • at least one primary sensor (04), which is designed as a magnetically coded section of the machine element (02), • at least one the secondary sensor (05) arranged opposite the primary sensor (04) for converting the changes of the magnetic field (12) generated by the primary sensor (04) into an electrical signal, wherein the secondary sensor (05) is arranged on a circuit board (07), characterized the printed circuit board (07) has a base surface (08) and a surface (09) extending at an angle thereto, wherein the surface (09) is arranged opposite the primary sensor (04), and wherein the secondary sensor (05) is arranged on the surface (09 ) is arranged.

Torque sensor assembly (01) after Claim 1 , characterized in that the surface (09) perpendicular to the base surface (08).

Torque sensor assembly (01) after Claim 1 or 2 , characterized in that on the base (08) an evaluation unit (11) for evaluating the signals of the secondary sensor (05) is arranged.

Torque sensor arrangement (01) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the board (07) is designed as a flexible board or rigid flexible board.

Torque sensor assembly (01) after Claim 4 , characterized in that the board (07) has at least one flexible region (15, 17), wherein the surface (09) via the flexible region (15, 17) is connected to the base surface (08).

Torque sensor arrangement (01) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the circuit board (07) has a first and a second surface (13, 14), which are arranged opposite to each other, wherein on both surfaces (13, 14) at least one secondary sensor (05) is arranged.

Torque sensor assembly (01) after Claim 6 , characterized in that the first surface (13) is connected to the base surface (08) via a first flexible region (15), and that the second surface (14) is connected to the first surface (13) via a second flexible region (17) ) connected is.

Torque sensor arrangement (01) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the secondary sensor (05) is formed by a forester probe, by a fluxgate magnetometer, by an XMR sensor, by a Hall sensor, by a coil or by a semiconductor sensor.

Torque sensor arrangement (01) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the magnetically coded portion extends completely circumferentially about the axis (03).

Torque sensor arrangement (01) according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that it comprises a plurality of magnetically coded sections, each of the magnetically coded sections each having a secondary sensor (05) is arranged opposite.