DE19834322B4 - Method and device for determining the torque acting on a shaft - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung des auf eine Welle (1) wirkenden Drehmoments unter Verwendung von Rotationskörpern (3, 4), die um bezüglich der Längsrichtung der Welle versetzte Wellen-Abschnitte angeordnet sind und sich mit diesen drehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment basierend auf den erfassten Stellungen oder Bewegungen von durch die besagten Rotationskörper (3, 4) drehbaren zweiten Rotationskörpern (5, 6) ermittelt wird, indem Winkelsensoren (7, 8) benachbart zu den zweiten Rotationskörpern (5, 6) angeordnet sind, die die jeweiligen absoluten Stellungen und Bewegungen der Rotationskörper (3, 4) erfassen zur Ermittlung des Drehmoments.Method for determining the torque acting on a shaft (1) using rotating bodies (3, 4) arranged around and rotating with shaft sections offset with respect to the longitudinal direction of the shaft, characterized in that the torque is based on the detected positions or movements of by the said rotary body (3, 4) rotatable second rotary bodies (5, 6) is determined by angle sensors (7, 8) adjacent to the second rotary bodies (5, 6) are arranged, the respective absolute positions and movements of the rotary bodies (3, 4) detect to determine the torque.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2, d. h. ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des auf eine Welle wirkenden Drehmoments unter Verwendung von Rotationskörpern, die um bezüglich der Längsrichtung der Welle versetzte Wellen-Abschnitte angeordnet sind und sich mit diesen drehen.The present invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and an apparatus according to the preamble of claim 2, d. H. a method and an apparatus for detecting the torque acting on a shaft by using rotary bodies arranged around and rotating with shaft portions displaced with respect to the longitudinal direction of the shaft.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise, aber bei weitem nicht ausschließlich in Getriebesteuerungen, Elektromotorregelungen, Lenkhilfesystemen in Kraftfahrzeugen etc. erforderlich. Dabei kann es notwendig sein, die Drehmomenterfassung auch während des Drehens der Welle durchzuführen.Methods and devices of this kind are, for example, but by far not exclusively in transmission controls, electric motor controls, power steering systems in motor vehicles, etc. required. It may be necessary to carry out the torque detection during the rotation of the shaft.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE 196 33 380 A1 bekannt.Methods and devices of this kind are known for example from DE 196 33 380 A1 known.

Die in dieser Druckschrift beschriebenen Vorrichtungen zur Drehmomenterfassung umfassen als wesentliche Bestandteile zwei Rotationskörper, die um bezüglich der Längsrichtung der Welle versetzte Wellen-Abschnitte angeordnet sind und sich mit diesen drehen. Wenn und solange auf die Welle ein Drehmoment wirkt, werden die Rotationselemente infolge der sich dann einstellenden Torsion der Welle entsprechend der Torsion gegeneinander verdreht, und diese Verdrehung der Rotationskörper kann durch einen oder mehrere Sensoren anhand der Relativlage von an den Rotationskörpern vorgesehenen Schlitzen, Zähnen oder dergleichen bestimmt werden.The devices for torque detection described in this document comprise, as essential components, two rotating bodies, which are arranged around shaft sections which are offset with respect to the longitudinal direction of the shaft and rotate with them. If and as long as a torque acts on the shaft, the rotation elements are rotated due to the then adjusting torsion of the shaft according to the torsion against each other, and this rotation of the rotating body can by one or more sensors based on the relative position of provided on the rotating bodies slots, teeth or the like can be determined.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind insofern nachteilig, als die damit erzielbare Messgenauigkeit selbst bei exakter Einhaltung der Soll-Abmessungen der einzelnen Bestandteile und optimaler Justierung derselben mitunter nicht den gestellten Anforderungen genügt.Methods and devices of this type are disadvantageous in that the measurement accuracy achievable thereby even with exact compliance with the nominal dimensions of the individual components and optimal adjustment of the same sometimes does not meet the requirements.

Aus der DD 141 202 A1 ist bereits eine Einrichtung zur Messung des Drehmoments und damit zusammenhängender Größen an Wellenleitungen bekannt. Zur Erfassung des Drehwinkels an jedem der beiden Wellenquerschnitte sind Impulsgeber vorgesehen, die beispielsweise als inkrementale Drehwinkelgeber mit Nullimpuls, wie sie für Weg- und Winkelmessungen an Werkzeugmaschinen hergestellt werden, Verwendung finden.From the DD 141 202 A1 A device for measuring the torque and related sizes of waveguides is already known. To detect the angle of rotation at each of the two shaft cross sections, pulse generators are provided, which are used, for example, as incremental rotary encoders with a zero pulse, as are produced for path and angle measurements on machine tools.

Aus der DE 195 06 938 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Winkelmessung bei einem drehbaren Körper bekannt. Ein drehbarer Körper wirkt hierbei mit wenigstens zwei weiteren drehbaren Körpern zusammen, beispielsweise Zahnrädern, deren Winkelposition mit Hilfe zweier Sensoren ermittelt wird.From the DE 195 06 938 A1 For example, a method and apparatus for angle measurement in a rotatable body are known. A rotatable body cooperates with at least two further rotatable bodies, such as gears, whose angular position is determined by means of two sensors.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 derart weiterzubilden, dass sich mit einer einfach aufgebauten Drehmomenterfassungsvorrichtung eine hochgenaue Drehmomenterfassung durchführen lässt.The present invention is therefore based on the object, the method according to the preamble of claim 1 and the device according to the preamble of claim 2 such that can be carried out with a simple design torque detection device, a high-accuracy torque detection.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchten Merkmale (Verfahren) bzw. durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 beanspruchten Merkmale (Vorrichtung) gelöst.This object is achieved by the features claimed in the characterizing part of patent claim 1 (method) or by the features claimed in the characterizing part of claim 2 features (device).

Demnach ist vorgesehen, dass das Drehmoment basierend auf den erfassten Stellungen oder Bewegungen von durch die besagten Rotationskörper drehbaren zweiten Rotationskörper ermittelt wird.Accordingly, it is provided that the torque is determined based on the detected positions or movements of rotatable by said rotary body second rotary body.

Durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses zwischen den ersten Rotationskörpern und den zweiten Rotationskörpern kann erreicht werden, dass der Umfang, in dem die zweiten Rotationskörper gedreht werden, erheblich größer ist als der Umfang der Drehung der die zweiten Rotationskörper drehenden ersten Rotationskörper. Dadurch können selbst geringfügige Torsionen oder Torsionsänderungen in dem sich zwischen den Rotationskörpern erstreckenden Wellen-Abschnitt (geringfügige Drehungen bzw. relativ zueinander erfolgende Verdrehungen der um die Welle angeordneten ersten Rotationskörper) umfangreiche Drehungen bzw. Verdrehungen der zweiten Rotationskörper zur Folge haben. Dies wiederum eröffnet die Möglichkeit, daß das auf die Welle wirkende Drehmoment selbst bei Verwendung von geringe Meßgenauigkeit aufweisenden Sensoren zur Ermittlung der Stellungen oder Bewegungen der zweiten Rotationskörper, also auf einfache Weise und mit minimalem Aufwand äußerst genau ermittelt werden kann.By a suitable choice of the transmission ratio between the first rotational bodies and the second rotational bodies, it can be achieved that the circumference in which the second rotational bodies are rotated is considerably greater than the circumference of the rotation of the first rotational bodies rotating the second rotational bodies. As a result, even slight torsions or torsional changes in the shaft section extending between the rotary bodies (slight rotations or rotations of the first rotary body arranged around the shaft relative to one another) can result in extensive rotations or rotations of the second rotary bodies. This, in turn, opens up the possibility that the torque acting on the shaft can be determined extremely accurately even when using sensors having low measuring accuracy for determining the positions or movements of the second rotating bodies, ie in a simple manner and with minimal effort.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren entnehmbar.Advantageous developments of the invention are the dependent claims, the following description and the figures removable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawing. Show it

1 die nachfolgend näher beschriebene Anordnung zur Erfassung eines auf eine Welle wirkenden Drehmoments, und 1 the arrangement described in detail below for detecting a torque acting on a shaft, and

2 eine Anordnung gemäß 1, mit welcher neben dem auf die Welle wirkenden Drehmoment auch der Drehwinkel der Welle ermittelt werden kann. 2 an arrangement according to 1 , with which next to acting on the shaft Torque and the rotation angle of the shaft can be determined.

Die Welle, von welcher das Drehmoment und gegebenenfalls zusätzlich der Drehwinkel ermittelt werden sollen, ist in den Figuren mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Es handelt sich im betrachteten Beispiel um eine Lenksäule in einem Kraftfahrzeug. Allerdings besteht hierauf keine Einschränkung. Bei der Welle kann es sich grundsätzlich um eine beliebig ausgebildete und für beliebige Zwecke einsetzbare Welle handeln. Es besteht auch keine Einschränkung darauf, daß die Welle nur hin- und herbewegbar ist; das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung eignen sich auch für den Einsatz bei rotierenden Wellen.The shaft from which the torque and optionally additionally the rotation angle are to be determined is indicated in the figures by the reference numeral 1 designated. It is in the example considered to a steering column in a motor vehicle. However, there is no limit to this. In principle, the shaft can be an arbitrarily designed shaft which can be used for any purpose. There is also no restriction that the shaft is only reciprocable; the method described and the device described are also suitable for use with rotating shafts.

Die Welle 1 weist eine Verjüngung 2 auf, an welcher ihr Querschnitt mehr oder weniger stark verringert ist. Die Verjüngung 2 wird vorgesehen, weil sich dort bei einem auf die Welle 1 wirkenden Drehmoment eine besonders ausgeprägte Torsion einstellt, und weil die Größe des wirkenden Drehmoments letztlich basierend auf dem Umfang der Torsion der Welle ermittelt wird. Durch in den Figuren nicht gezeigte Mittel wird erreicht, daß die Torsion der Welle im Bereich der Verjüngung einen vorgegebenen Maximalwert (beispielsweise ±3°) nicht übersteigen kann; damit wird verhindert, daß die Welle 1 im Bereich der Verjüngung dauerhaft beschädigt oder zerstört wird.The wave 1 shows a rejuvenation 2 on, where their cross-section is more or less reduced. The rejuvenation 2 is provided because there at one on the shaft 1 acting torque sets a particularly pronounced torsion, and because the magnitude of the acting torque is ultimately determined based on the extent of the torsion of the shaft. By means not shown in the figures it is achieved that the torsion of the shaft in the region of the taper can not exceed a predetermined maximum value (for example ± 3 °); This will prevent the shaft 1 permanently damaged or destroyed in the area of rejuvenation.

Diesseits und jenseits (vor und hinter) der Verjüngung 2 sind um die Welle 1 erste Rotationskörper in Form von ersten Zahnrädern 3 bzw. 4 angeordnet. Diese Zahnräder sind vorzugsweise identisch ausgebildet und weisen eine große Anzahl von Zähnen auf.This side and beyond (before and behind) the rejuvenation 2 are around the wave 1 first rotation body in the form of first gears 3 respectively. 4 arranged. These gears are preferably identical and have a large number of teeth.

In die ersten Zahnräder 3, 4 greift jeweils ein zweiter Rotationskörper in Form eines zweiten Zahnrades 5 bzw. 6 ein. Die zweiten Zahnräder 5, 6 sind ebenfalls identisch ausgebildet; sie sind aber erheblich kleiner und weisen eine erheblich geringere Anzahl von Zähnen auf als die ersten Zahnräder 3, 4.In the first gears 3 . 4 engages in each case a second rotary body in the form of a second gear 5 respectively. 6 one. The second gears 5 . 6 are also formed identically; but they are considerably smaller and have a significantly lower number of teeth than the first gears 3 . 4 ,

Benachbart zu den zweiten Zahnrädern 5 und 6 sind Winkelsensoren 7, 8 angeordnet, durch welche die jeweiligen Stellungen und Bewegungen der zweiten Zahnräder 5 und 6 erfaßbar sind.Adjacent to the second gears 5 and 6 are angle sensors 7 . 8th arranged, through which the respective positions and movements of the second gears 5 and 6 are detectable.

Die Winkelsensoren sind im betrachteten Beispiel sogenannte AMR-Sensoren (Anisotrop-Magneto-Resistive Sensoren). AMR-Sensoren weisen die besondere Eigenschaft auf, daß deren ohmscher Widerstand von der Richtung des in ihrer Umgebung herrschenden Magnetfeldes abhängt. Im Fall der Verwendung von AMR-Sensoren als Winkelsensoren sind in oder auf den zweiten Zahnrädern 5, 6 diametral magnetisierte Magnete 9, 10 vorgesehen. Dann hängen die ohmschen Widerstände der AMR-Sensoren von den Stellungen und Bewegungen der zweiten Zahnräder 5 und 6 ab.The angle sensors are in the example considered so-called AMR sensors (Anisotropic Magneto-Resistive Sensors). AMR sensors have the special property that their ohmic resistance depends on the direction of the prevailing magnetic field in their environment. In the case of using AMR sensors as angle sensors are in or on the second gears 5 . 6 diametrically magnetized magnets 9 . 10 intended. Then the ohmic resistances of the AMR sensors depend on the positions and movements of the second gears 5 and 6 from.

Obgleich die Drehwinkelerfassung unter Verwendung von AMR-Winkelsensoren besonders einfach und kostengünstig ist, besteht hierauf keine Einschränkung. Grundsätzlich kann die Drehwinkelerfassung auch auf beliebige andere Art und Weise erfolgen.Although the rotation angle detection using AMR angle sensors is particularly simple and inexpensive, there is no limit thereto. Basically, the rotation angle detection can also be done in any other way.

Die zweiten Zahnräder 5, 6 und die AMR-Sensoren 7, 8 sind ortsfest neben der Welle 1 angeordnet. D. h., sie drehen sich nicht um die Achse der Welle 1.The second gears 5 . 6 and the AMR sensors 7 . 8th are stationary next to the shaft 1 arranged. That is, they do not rotate about the axis of the shaft 1 ,

Wenn auf die Welle 1 ein Drehmoment wirkt, bewirkt dies eine Torsion der Welle 1, welche im Bereich der Verjüngung 2 besonders ausgeprägt ist. Dies hat zur Folge, daß sich die diesseits und jenseits der Verjüngung 2 gelegenen Wellenabschnitte und mit diesen die um diese angeordneten ersten Zahnräder 3, 4 gegeneinander verdrehen, wobei der Umfang der Verdrehung in vorbestimmter Weise vom Umfang der Torsion im Bereich der Verjüngung 2 abhängt, welche ihrerseits wiederum in vorbestimmter Weise von der Größe des auf die Welle 1 wirkenden Drehmoments abhängt. Der Umfang der relativ zueinander erfolgenden Verdrehung der ersten Zahnräder 3, 4 ist mithin ein Maß für das auf die Welle 1 wirkende Drehmoment.When on the wave 1 a torque acts, this causes a torsion of the shaft 1 which are in the area of rejuvenation 2 is particularly pronounced. As a result, this is the one side and the other side of the rejuvenation 2 located shaft sections and with these arranged around these first gears 3 . 4 twisting against each other, wherein the amount of rotation in a predetermined manner from the amount of torsion in the region of the taper 2 which in turn depends in a predetermined manner on the size of the shaft 1 acting torque depends. The extent of the relative rotation of the first gears 3 . 4 is therefore a measure of that on the shaft 1 acting torque.

Mit dem Drehen (Verdrehen) der ersten Zahnräder 3, 4 drehen (verdrehen) sich auch die in diese eingreifenden zweiten Zahnräder 5, 6, und die jeweilige Drehung (Verdrehung) dieser zweiten Zahnräder wird durch die AMR-Sensoren 7, 8 erfaßt. Die relativ zueinander erfolgende Verdrehung (die Differenz der Drehwinkel) der zweiten Zahnräder 5, 6 ist proportional zum Torsionswinkel des sich zwischen den ersten Zahnrädern 3, 4 erstreckenden Abschnittes der Welle 1 und zum Übersetzungsverhältnis zwischen den ersten Zahnrädern 3, 4 und den zweiten Zahnrädern 5, 6. Durch die Erfassung und Auswertung der Differenz der Drehwinkel der zweiten Zahnräder 5, 6 kann mithin das auf die Welle 1 wirkende Drehmoment ermittelt werden.By turning (turning) the first gears 3 . 4 Turn (twist) also engage in this second gears 5 . 6 , and the respective rotation (twist) of these second gears is through the AMR sensors 7 . 8th detected. The relative rotation of each other (the difference of the rotation angles) of the second gears 5 . 6 is proportional to the torsion angle of the between the first gears 3 . 4 extending portion of the shaft 1 and the gear ratio between the first gears 3 . 4 and the second gears 5 . 6 , By detecting and evaluating the difference in the rotational angle of the second gears 5 . 6 can therefore do that on the shaft 1 acting torque can be determined.

Daß nicht die Drehung (Verdrehung) der ersten Zahnräder 3, 4, sondern die Drehung (Verdrehung) der zweiten Zahnräder 5, 6 gemessen wird, ist von großem Vorteil, weil sich diese aufgrund des gewählten Übersetzungsverhältnisses zwischen den ersten Zahnrädern 3, 4 und den zweiten Zahnrädern 5, 6 mehr (um einen größeren Differenzwinkel) verdrehen als es bei den ersten Zahnrädern 3, 4 der Fall ist; geringe Drehungen (Verdrehungen) der ersten Zahnräder 3, 4 bewirken große (um ein Vielfaches größere) Drehungen (Verdrehungen) der zweiten Zahnräder 5, 6.That is not the rotation (twisting) of the first gears 3 . 4 but the rotation (twisting) of the second gears 5 . 6 is measured, is of great advantage, because this is due to the selected gear ratio between the first gears 3 . 4 and the second gears 5 . 6 twist more (by a larger differential angle) than the first gears 3 . 4 the case is; small rotations (rotations) of the first gears 3 . 4 cause large (many times greater) rotations (twists) of the second gears 5 . 6 ,

Der sich zwischen den ersten Zahnrädern 3, 4 erstreckende Abschnitt der Welle ist so ausgelegt, daß der sich dort einstellende Torsionswinkel selbst dann, wenn relativ große Drehmomente wirken, relativ klein ist (beispielsweise ±3°). Würde man die Drehung (Verdrehung) der ersten Zahnräder 3, 4 unter Verwendung von Sensoren mit geringer oder normaler Meßgenauigkeit messen und aus den Meßergebnissen das wirkende Drehmoment ermitteln wollen, so wäre das Ergebnis relativ ungenau; indem vorliegend die vergleichsweise sehr große Drehung (Verdrehung) der zweiten Zahnräder 5, 6 gemessen und basierend hierauf das wirkende Drehmoment ermittelt wird, kann selbst bei Verwendung von Sensoren mit geringer Meßgenauigkeit (die vorliegend verwendeten AMR-Sensoren 7, 8, weisen eine Meßgenauigkeit von nur ca. 0,5° auf) eine äußerst genaue Ermittlung des wirkenden Drehmoments durchgeführt werden. Which is between the first gears 3 . 4 extending portion of the shaft is designed so that the there adjusting torsion angle, even if relatively large torques act, is relatively small (for example, ± 3 °). Would you consider the rotation (twisting) of the first gears 3 . 4 using sensors with low or normal measurement accuracy and want to determine the effective torque from the measurement results, the result would be relatively inaccurate; in the present case, the comparatively very large rotation (rotation) of the second gears 5 . 6 measured and based on which the acting torque is determined, even when using sensors with low accuracy (the presently used AMR sensors 7 . 8th , have a measurement accuracy of only about 0.5 ° on) a very accurate determination of the effective torque can be performed.

Auf die beschriebene Art und Weise kann also mit minimalem Aufwand, d. h. einfach und billig eine äußerst genaue Ermittlung des auf eine Welle wirkenden Drehmoments durchgeführt werden.In the manner described can thus with minimal effort, d. H. a very accurate determination of the torque acting on a shaft can be carried out simply and cheaply.

Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung können zusätzlich zur Ermittlung der Stellung der Welle 1 verwendet werden, wenn, wie in 2 dargestellt ist, zusätzlich ein dritter Rotationskörper in Form eines dritten Zahnrades 11 mit einem diametral magnetisierten Magneten 12 und einem Winkelsensor in Form eines weiteren AMR-Sensors 13 vorgesehen werden.The method described and the device described can additionally determine the position of the shaft 1 used, if, as in 2 is shown, in addition, a third rotational body in the form of a third gear 11 with a diametrically magnetized magnet 12 and an angle sensor in the form of another AMR sensor 13 be provided.

Die in der 2 gezeigte Anordnung entspricht weitestgehend der Anordnung gemäß 1; einander entsprechende Bestandteile sind mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.The in the 2 The arrangement shown largely corresponds to the arrangement according to 1 ; Corresponding components are identified by the same reference numerals.

Das dritte Zahnrad 11 greift wie das zweite Zahnrad 5 in das erste Zahnrad 3 ein; es ist wie das zweite Zahnrad 5 erheblich kleiner als das erste Zahnrad 3 und weist auch erheblich weniger Zähne auf als das erste Zahnrad 3. Allerdings sind das dritte Zahnrad 11 und das zweite Zahnrad 5 nicht identisch; das dritte Zahnrad 11 weist mehr oder weniger Zähne (im betrachteten Beispiel einen Zahn mehr oder weniger) als das zweite Zahnrad 5 auf.The third gear 11 engages like the second gear 5 in the first gear 3 one; it's like the second gear 5 considerably smaller than the first gear 3 and also has significantly fewer teeth than the first gear 3 , However, the third gear 11 and the second gear 5 not identical; the third gear 11 has more or less teeth (one tooth more or less in the example considered) than the second gear 5 on.

Der Magnet 12 und der ANR-Sensor 13 entsprechen den Magneten 9, 10 und den AMR-Sensoren 7, 8 der zweiten Zahnräder 5, 6.The magnet 12 and the ANR sensor 13 correspond to the magnets 9 . 10 and the AMR sensors 7 . 8th the second gears 5 . 6 ,

Das dritte Zahnrad 11 und der AMR-Sensor sind wiederum ortsfest neben der Welle 1 angeordnet. D. h., sie drehen sich nicht um die Achse der Welle 1.The third gear 11 and the AMR sensor are again fixed next to the shaft 1 arranged. That is, they do not rotate about the axis of the shaft 1 ,

Ein Drehung der Welle 1, genauer gesagt eine Drehung des sich mit der Welle 1 drehenden ersten Zahnrades 3 bewirkt, daß die in dieses eingreifenden Zahnräder, d. h. das zweite Zahnrad 5 und das dritte Zahnrad 11 mitgedreht werden. Wegen der unterschiedlichen Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrades 5 und des dritten Zahnrades 11 werden diese jedoch in unterschiedlichem Umfang mitgedreht. Aus den verschiedenen Umfängen, in denen das zweite Zahnrad 5 und das dritte Zahnrad 11 durch eine Drehung des ersten Zahnrades 3 gedreht werden (aus der Differenz der Drehwinkel) kann ermittelt werden, in welchem Umfang das erste Zahnrad 3 bzw. die Welle 1 gedreht wurde.A rotation of the shaft 1 , more precisely a rotation of itself with the shaft 1 rotating first gear 3 causes the engaging in this gears, ie the second gear 5 and the third gear 11 be turned. Because of the different number of teeth of the second gear 5 and the third gear 11 However, these are rotated to varying degrees. From the different circumferences in which the second gear 5 and the third gear 11 by a rotation of the first gear 3 can be rotated (from the difference of the angle of rotation) can be determined to what extent the first gear 3 or the wave 1 was filmed.

Für den Fall, daß das dritte Zahnrad 11 einen Zahn mehr aufweist als das zweite Zahnrad 5, kann die Berechnung des Umfanges der Drehung der Welle 1 nach der Gleichung φ = m·ψ + (m + 1)·θ – (2m + 1)·k·Ω / 2n erfolgen, wobei k = (m + 1)·θ – m·ψ / Ω gilt, und

φ
den Drehwinkel der Welle 1,
Ψ
den Drehwinkel des zweiten Zahnrades 5,
θ
den Drehwinkel des dritten Zahnrades 11,
n
die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades 3,
m
die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrades 5, und
Ω
die Periodizität der AMR-Sensoren 7 und 13 (üblicherweise 180° oder 360°)
bezeichnen.In the event that the third gear 11 one more tooth than the second gear 5 , can calculate the amount of rotation of the shaft 1 according to the equation φ = m · ψ + (m + 1) · θ - (2m + 1) · k · Ω / 2n done, where k = (m + 1) · θ - m · ψ / Ω applies, and
φ
the angle of rotation of the shaft 1 .
Ψ
the angle of rotation of the second gear 5 .
θ
the angle of rotation of the third gear 11 .
n
the number of teeth of the first gear 3 .
m
the number of teeth of the second gear 5 , and
Ω
the periodicity of the AMR sensors 7 and 13 (usually 180 ° or 360 °)
describe.

Damit ist es mit minimalem Aufwand möglich, das auf die Welle 1 wirkende Drehmoment und zugleich die Stellung der Welle 1 zu ermitteln. Die Kenntnis dieser beiden Größen ist beispielsweise erforderlich, wenn es sich bei der Welle 1 um eine Lenksäule eines Kraftfahrzeuges handelt; moderne Lenkhilfesysteme müssen sowohl den Lenkradwinkel als auch das auf die Lenksäule wirkende Drehmoment kennen.This makes it possible with minimal effort on the shaft 1 acting torque and at the same time the position of the shaft 1 to investigate. The knowledge of these two sizes is required, for example, when it comes to the shaft 1 is a steering column of a motor vehicle; Modern power steering systems must know both the steering wheel angle and the torque acting on the steering column.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Anordnungen bei im wesentlichen gleichbleibender Funktion und Wirkungsweise in vielfacher Hinsicht modifizierbar sind.For the sake of completeness, it should be pointed out that the arrangements described can be modified in many respects with substantially constant function and mode of operation.

So besteht beispielsweise keine Einschränkung darauf, daß die ersten, zweiten und dritten Rotationskörper durch Zahnräder gebildet werden. Es wäre beispielsweise auch denkbar, anstelle der Zahnräder Gummiwalzen oder sonstige Rotationskörper zu verwenden.For example, there is no restriction that the first, second and third rotation bodies are formed by gears. It would also be conceivable, for example, to use rubber rollers or other rotary bodies instead of the gears.

Es ist ferner nicht erforderlich, daß die zweiten und dritten Rotationskörper unmittelbar durch die ersten Rotationskörper angetrieben werden. Der Antrieb könnte beispielsweise auch über Riemen (Zahnriemen, Keilriemen), Ketten oder dergleichen erfolgen.It is also not necessary that the second and third rotation bodies are driven directly by the first rotation body. The drive could, for example, via belts (timing belt, V-belt), chains or the like.

Darüber hinaus müssen die Welle und die ersten Rotationskörper keine separaten Einzelteile sein; die Welle und die ersten Rotationskörper können auch eine einstückig ausgebildete Einheit sein.In addition, the shaft and the first rotary body need not be separate items; the shaft and the first rotation body may also be an integrally formed unit.

Unabhängig von den Einzelheiten der praktischen Realisierung wird es durch das vorstehend beschriebene Verfahren und die vorstehend beschriebene Vorrichtung ermöglicht, auf denkbar einfache Weise und mit minimalem Aufwand die Stellung einer Welle und/oder das auf die Welle wirkende Drehmoment äußerst genau zu ermitteln.Regardless of the details of the practical implementation, it is possible by the method described above and the device described above to determine the position of a shaft and / or the torque acting on the shaft extremely simple and with minimal effort extremely accurate.

Claims (14)

Verfahren zur Ermittlung des auf eine Welle (1) wirkenden Drehmoments unter Verwendung von Rotationskörpern (3, 4), die um bezüglich der Längsrichtung der Welle versetzte Wellen-Abschnitte angeordnet sind und sich mit diesen drehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment basierend auf den erfassten Stellungen oder Bewegungen von durch die besagten Rotationskörper (3, 4) drehbaren zweiten Rotationskörpern (5, 6) ermittelt wird, indem Winkelsensoren (7, 8) benachbart zu den zweiten Rotationskörpern (5, 6) angeordnet sind, die die jeweiligen absoluten Stellungen und Bewegungen der Rotationskörper (3, 4) erfassen zur Ermittlung des Drehmoments.Method of determining the on a wave ( 1 ) acting torque using rotational bodies ( 3 . 4 ) disposed about and rotating with shaft portions offset with respect to the longitudinal direction of the shaft, characterized in that the torque is determined by the detected positions or motions of the said bodies ( 3 . 4 ) rotatable second rotating bodies ( 5 . 6 ) is determined by angle sensors ( 7 . 8th ) adjacent to the second bodies of revolution ( 5 . 6 ) are arranged, the respective absolute positions and movements of the rotary body ( 3 . 4 ) capture to determine the torque. Vorrichtung zur Ermittlung des auf eine Welle (1) wirkenden Drehmoments unter Verwendung von Rotationskörpern (3, 4), die um bezüglich der Längsrichtung der Welle versetzte Wellen-Abschnitte angeordnet sind und sich mit diesen drehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, das Drehmoment basierend auf den erfassten Stellungen oder Bewegungen von durch die besagten Rotationskörper (3, 4) drehbaren zweiten Rotationskörpern (5, 6) zu ermitteln, indem Winkelsensoren (7,8) benachbart zu den zweiten Rotationskörpern (5, 6) angeordnet sind, die die jeweiligen absoluten Stellungen und Bewegungen der Rotationskörper (3, 4) erfassen zur Ermittlung des Drehmoments.Device for determining the on a shaft ( 1 ) acting torque using rotational bodies ( 3 . 4 ) disposed about and rotating with shaft portions offset with respect to the longitudinal direction of the shaft, characterized in that the device is adapted to measure the torque based on the detected positions or movements of said rotating bodies (Fig. 3 . 4 ) rotatable second rotating bodies ( 5 . 6 ) by detecting angle sensors ( 7 . 8th ) adjacent to the second bodies of revolution ( 5 . 6 ) are arranged, the respective absolute positions and movements of the rotary body ( 3 . 4 ) capture to determine the torque. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die um die Welle (1) angeordneten ersten Rotationskörper (3, 4) und die zweiten Rotationskörper (5, 6) derart ausgebildet sind, dass eine Drehung der ersten Rotationskörper (3, 4) eine demgegenüber um ein Vielfaches umfangreichere Drehung der zweiten Rotationskörper (5. 6) bewirkt.Apparatus according to claim 2, characterized in that the around the shaft ( 1 ) arranged first rotational body ( 3 . 4 ) and the second rotation bodies ( 5 . 6 ) are formed such that a rotation of the first rotary body ( 3 . 4 ) a contrast to a multiple more extensive rotation of the second rotary body ( 5 , 6 ) causes. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Winkelsensoren (7, 8) AMR-Sensoren verwendet werden.Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that as angle sensors ( 7 . 8th ) AMR sensors are used. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Rotationskörper (5, 6) diametral magnetisierte Magnete (9, 10) enthalten.Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the second rotation body ( 5 . 6 ) diametrically magnetized magnets ( 9 . 10 ) contain. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die um die Welle (1) angeordneten ersten Rotationskörper (3, 4) erste Zahnräder sind, und dass die zweiten Rotationskörper (5, 6) in die ersten Zahnräder eingreifende zweite Zahnräder sind.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the around the shaft ( 1 ) arranged first rotational body ( 3 . 4 ) are first gears, and that the second rotation body ( 5 . 6 ) are in the first gears engaging second gears. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Zahnräder (5, 6) kleiner als die ersten Zahnräder (3, 4) sind und weniger Zähne als diese aufweisen.Apparatus according to claim 6, characterized in that the second gears ( 5 . 6 ) smaller than the first gears ( 3 . 4 ) and have fewer teeth than these. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem der ersten Rotationskörper (3, 4) drehbarer dritter Rotationskörper (11) vorgesehen ist.Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that one of the first rotary body ( 3 . 4 ) rotatable third rotary body ( 11 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Rotationskörper (11) und der diesen drehende erste Rotationskörper (3, 4) derart ausgebildet sind, dass eine Drehung des ersten Rotationskörpers (3, 4) eine demgegenüber um ein Vielfaches umfangreichere Drehung des dritten Rotationskörpers (11) bewirkt.Apparatus according to claim 8, characterized in that the third rotational body ( 11 ) and the rotating first rotational body ( 3 . 4 ) are formed such that a rotation of the first rotation body ( 3 . 4 ) a contrast to a multiple more extensive rotation of the third rotating body ( 11 ) causes. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Rotationskörper (11), der den dritten Rotationskörper (11) drehende erste Rotationskörper (3, 4), und der von diesem ersten Rotationskörper (3, 4) gedrehte zweite Rotationskörper (5, 6) derart ausgebildet sind, dass der zweite Rotationskörper (5, 6) und der dritte Rotationskörper (11) durch Drehungen des ersten Rotationskörpers (3, 4) unterschiedlich stark gedreht werden.Device according to claim 8 or 9, characterized in that the third body of revolution ( 11 ), the third rotary body ( 11 ) rotating first rotation body ( 3 . 4 ), and that of this first rotary body ( 3 . 4 ) rotated second rotary body ( 5 . 6 ) are formed such that the second rotational body ( 5 . 6 ) and the third rotation body ( 11 ) by rotations of the first body of revolution ( 3 . 4 ) are rotated differently. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, basierend auf unterschiedlich weiten Drehungen des zweiten Rotationskörpers (5, 6) und des dritten Rotationskörpers (11) die Stellung der Welle (1) zu ermitteln.Apparatus according to claim 10, characterized in that the device is designed, based on different widths of rotation of the second rotary body ( 5 . 6 ) and the third rotation body ( 11 ) the position of the shaft ( 1 ) to investigate. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Rotationskörper (11) ein in eines der ersten Zahnräder (3, 4) eingreifendes drittes Zahnrad ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the third rotary body ( 11 ) in one of the first gears ( 3 . 4 ) engaging third gear is. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Zahnrad (11) kleiner als das zugeordnete erste Zahnrad (3, 4) ist und weniger Zähne als dieses aufweist.Apparatus according to claim 12, characterized in that the third gear ( 11 ) smaller than the associated first gear ( 3 . 4 ) and has fewer teeth than this. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Zahnrad (11) mehr oder weniger Zähne aufweist als das zweite Zahnrad (5, 6), das durch das das dritte Zahnrad (11) drehende erste Zahnrad (3, 4) gedreht wird. Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the third gear ( 11 ) has more or fewer teeth than the second gear ( 5 . 6 ), which is replaced by the third gear ( 11 ) rotating first gear ( 3 . 4 ) is rotated.
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