DE19900330A1 - Drehwinkelsensor, Drehmomentsensor mit einem Drehwinkelsensor und Servo-Lenkvorrichtung, die einen derartigen Drehmomentsensor verwendet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dreh­ winkelsensor, einen Drehmomentsensor, der einen derarti­ gen Drehwinkelsensor beinhaltet, sowie auf eine elek­ trisch betriebene Servo-Lenkvorrichtung, die von einem derartigen Drehmomentsensor Gebrauch macht. Im speziel­ leren bezieht sich die Erfindung auf einen Drehwinkel­ sensor, der Drehwinkel mit hoher Genauigkeit detektieren kann, sowie auf Vorrichtungen, bei denen der Drehwinkel­ sensor anwendbar ist.

Fig. 12 zeigt einen herkömmlichen Drehwinkelsensor, bei dem eine rotierende Trommel 12 mit Magnetbereichen, die insgesamt scheibenförmig sind, auf einer Drehwelle 1 angebracht ist. Ein magnetischer Code, der aus einer Mehrzahl magnetischer Nordpole und Südpole (N-S) besteht, ist entlang des gesamten Außenumfangs der rotierenden Trommel 2 ausgebildet.

Ein magnetischer Detektionssensor 4 ist über einen vor­ bestimmten Spalt P von dem Außenumfang der magnetischen Trommel 2 vorgesehen, so daß ein herkömmlicher Drehwin­ kelsensor gebildet ist.

Ein solcher herkömmlicher Drehwinkelsensor ist derart ausgebildet, daß bei Rotation der magnetischen Trommel 2 als Ergebnis einer Rotation der Drehwelle 1 der Magnet­ sensor 3 analoge Veränderungen detektiert, d. h. Verän­ derungen bei den magnetischen Kräfte der Magnetpole, um auf diese Weise den Drehwinkel der magnetischen Trommel 2 zu detektieren.

Es folgt nun eine Beschreibung eines herkömmlichen Dreh­ momentsensors, bei dem zwei solche Drehwinkelsensoren der vorstehend beschriebenen Art auf einer Drehwelle 1 angebracht sind, die einen Antriebswellenbereich 1a und einen Lastwellenbereich 1b aufweist, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist.

Der Antriebswellenbereich 1a und der Lastwellenbereich 1b der Drehwelle sind durch ein nicht gezeigtes, elasti­ sches Element miteinander verbunden, bei dem es sich um einen Torsionsstab handelt.

Die beiden rotierenden Trommeln 2 und 3 sind auf dem Antriebswellenbereich 1a bzw. dem Lastwellenbereich 1b angebracht. Sie sind in Richtung auf ein Ende des An­ triebswellenbereichs 1a und in Richtung auf ein mit dem Antriebswellenbereich 1a verbundenes Ende des Lastwel­ lenbereichs 1b angebracht und durch eine Distanz L von­ einander beabstandet.

Ein Paar magnetischer Sensoren 4 und 5 ist derart vor­ gesehen, daß der magnetische Sensor 4 von dem Außen­ umfang der rotierenden Trommel 2 durch einen vorbestimm­ ten Spalt P1 getrennt ist und der magnetische Sensor 5 von dem Außenumfang der rotierenden Trommel 3 durch einen vorbestimmten Spalt P2 getrennt ist.

Bei einer derartigen Betätigungswelle 1 können durch Aufbringen eines Drehmoments auf den Antriebswellenbe­ reich 1a, das größer ist als ein auf den Lastwellenbe­ reich 1b aufgebrachtes Drehmoment, der Antriebswellenbe­ reich 1a und der Lastwellenbereich 1b rotationsmäßig bewegt werden.

Bei Rotation der Drehwelle 1 beginnt der Lastwellenbe­ reich 1b sich etwas später zu drehen als der Antriebs­ bereich 1a, wobei dies durch das elastische Element be­ dingt ist.

Eine leicht verzögerte Rotation des Lastwellenbereichs 1b führt zu einer Differenz zwischen dem Drehwinkel des Antriebswellenbereichs 1a und dem Drehwinkel des Last­ wellenbereichs 1b. Die Differenz in den Drehwinkeln ist proportional zu dem Rotations-Drehmoment an dem An­ triebswellenbereich 1a, so daß bei einer großen Diffe­ renz in den Drehwinkeln das Rotations-Drehmoment an dem Antriebswellenbereich 1a groß ist, während bei einer geringen Differenz in den Drehwinkeln das Rotations- Drehmoment an dem Antriebswellenbereich 1a gering ist.

Ein solcher herkömmlicher Drehmomentsensor kann das Ro­ tations-Drehmoment an dem Antriebswellenbereich 1a da­ durch detektieren, daß er die Differenz zwischen den Drehwinkeln des Antriebswellenbereichs 1a und des Last­ wellenbereichs 1b durch eine nicht gezeigte integrierte Schaltung (IC) berechnet.

Bei einem solchen herkömmlichen Drehwinkelsensor und einem solchen herkömmlichen Drehmomentsensor sind jedoch rotierende Trommeln, bei denen es sich um magnetische Medien handelt, direkt auf der Drehwelle 1 angebracht, so daß bei Aufbringung eines hohen Lastdrehmoments auf den Lastwellenbereich 1b der Antriebswellenbereich 1a und der Lastwellenbereich 1b dezentriert werden können. Wenn eine Dezentrierung auftritt, ändern sich die Größe des Spalts P1 zwischen der rotierenden Trommel 2 und dem magnetischen Detektionssensor 4 sowie die Größe des Spalts P2 zwischen der rotierenden Trommel 3 und dem magnetischen Detektionssensor 5, so daß die magnetischen Detektionssensoren 4 und 5 die Stärke des Magnetfelds zwischen den beiden rotierenden Trommeln 2 und 3 nicht mit Genauigkeit detektieren können. Dies macht exakte Detektionen der Differenz zwischen den Drehwinkeln schwierig.

Bei Verwendung eines solchen herkömmlichen Drehmoment­ sensors in einer elektrisch betriebenen Servo-Lenkvor­ richtung eines Kraftfahrzeugs zum Beispiel, müssen somit die Wellen 1a und 1b exakt ausgebildet werden und sehr dauerhaft sein, damit die Servo-Lenkvorrichtung Servo- Lenkeigenschaften mit hoher Zuverlässigkeit schafft.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die eingangs geschilderten Probleme des Standes der Technik zu überwinden und einen Winkelsensor mit hoher Genauigkeit zu schaffen.

In dieser Hinsicht ist gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Drehwinkelsensor geschaf­ fen, mit einer Rotationseinrichtung mit einem Verzah­ nungsbereich an dem Außenumfangsbereich derselben, wobei die Rotationseinrichtung eine Welleneinführöffnung in ihrem Rotationszentrum aufweist; mit einer Codeplatten­ einrichtung, die mit dem Verzahnungsbereich der Rota­ tionseinrichtung in Eingriff steht, wobei die Codeplat­ teneinrichtung einen Informationsaufzeichnungsbereich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotationsbewe­ gung der Rotationseinrichtung dreht; und mit einer De­ tektionseinrichtung zum Detektieren von auf dem Informa­ tionsaufzeichnungsbereich aufgezeichneter Information, wobei bei Rotation der Codeplatteneinrichtung als Ergeb­ nis einer Rotation der Rotationseinrichtung die Detek­ tionseinrichtung die Information auf der Codeplattenein­ richtung detektiert und somit den Drehwinkel der Rota­ tionseinrichtung detektiert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Rotationseinrichtung ein erstes Rotationselement und ein zweites Rotationselement aufweisen, wobei das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement ge­ trennt drehbar sind und dasselbe Rotationszentrum auf­ weisen; die Codeplatteneinrichtung kann eine erste Code­ platte und eine zweite Codeplatte aufweisen, die jeweils einen Verzahnungsbereich besitzen, der mit der Rota­ tionseinrichtung in Eingriff steht und getrennt drehbar sind; außerdem kann die Detektionseinrichtung ein erstes Detektionselement und ein zweites Detektionselement zum Detektieren von Information auf der ersten Codeplatte bzw. der zweiten Codeplatte aufweisen. Wenn bei dieser Ausbildung das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement gedreht werden, indem der Verzahnungs­ bereich der ersten Codeplatte mit einem Verzahnungsbereich des ersten Rotationselements in Eingriff steht und der Verzahnungsbereich der zweiten Codeplatte mit einem Verzahnungsbereich des zweiten Rotationselements in Eingriff steht, wird die Information auf der ersten Codeplatte durch das erste Detektionselement detektiert und die Information auf der zweiten Codeplatte wird durch das zweite Detektionselement detektiert, so daß der Drehwinkel des ersten Rotationselements und der Drehwinkel des zweiten Rotationselements getrennt detektiert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung können die erste Codeplatte und die zweite Code­ platte dasselbe Rotationszentrum aufweisen, wobei die eine Seite des Verzahnungsbereichs der ersten Codeplatte sowie die eine Seite des Verzahnungsbereichs der zweiten Codeplatte derart angeordnet sind, daß sie einander zu­ gewandt gegenüberliegen, wobei die andere Seite des Ver­ zahnungsbereichs der ersten Codeplatte, an der der zu­ geordnete Informationsaufzeichnungsbereich ausgebildet ist, sowie die andere Seite des Verzahnungsbereichs der zweiten Codeplatte, an der der zugeordnete Informations­ aufzeichnungsbereich ausgebildet ist, voneinander weg­ weisend angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser je­ des Informationsaufzeichnungsbereichs größer ist als der Außendurchmesser des zugeordneten Verzahnungsbereichs. Ferner können das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement zwischen den Informationsaufzeichnungs­ bereichen drehbar angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Rotationseinrichtung, die Codeplat­ teneinrichtung sowie die Detektionseinrichtung in einem kastenförmigen Gehäuse untergebracht sein, und die Code­ platteneinrichtung kann zwischen der Detektionseinrich­ tung und der Rotationseinrichtung angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Informationsaufzeichnungsbereich der Codeplatte aus einem magnetischen Material mit einer Mehrzahl magnetischer Pole gebildet sein, und die Detek­ tionseinrichtung kann einen Magnetsensor aufweisen, der auf das Magnetfeld des magnetischen Materials anspricht.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Er­ findung wird ein Drehmomentsensor geschaffen, der einen Drehwinkelsensor mit einem ersten Rotationselement und einem zweiten Rotationselement aufweist, die getrennt drehbar sind und dasselbe Rotationszentrum aufweisen, wobei jedes Rotationselement einen Verzahnungsbereich an seinem Außenumfangsbereich sowie eine Welleneinführ­ öffnung an seinem Rotationszentrum aufweist. Ferner be­ inhaltet der Drehwinkelsensor eine erste Codeplatte und eine zweite Codeplatte, die getrennt drehbar sind, wobei die erste Codeplatte einen Verzahnungsbereich aufweist, der mit dem ersten Rotationselement in Eingriff steht, und die zweite Codeplatte einen Verzahnungsbereich auf­ weist, der mit dem zweiten Rotationselement in Eingriff steht, wobei die erste Codeplatte einen Informationsauf­ zeichnungsbereich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des ersten Rotationselements dreht, und die zweite Codeplatte einen Informationsaufzeichnungs­ bereich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des zweiten Rotationselements dreht. Ferner beinhaltet der Drehwinkelsensor ein erstes Detektionselement zum Detektieren von auf dem ersten Informationsaufzeich­ nungsbereich aufgezeichneter Information sowie ein zwei­ tes Detektionselement zum Detektieren von auf dem zwei­ ten Informationsaufzeichnungsbereich aufgezeichneter Information. Wenn sich bei dem Drehwinkelsensor das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement drehen, um dadurch die erste Codeplatte bzw. die zweite Codeplatte rotationsmäßig zu bewegen, detektiert das erste Detektionselement die Information auf der ersten Codeplatte, und das zweite Detektionselement detektiert die Information auf der zweiten Codeplatte, wodurch der Drehwinkel des ersten Rotationselements und der Drehwin­ kel des zweiten Rotationselements detektiert werden. Der Drehmomentsensor weist ferner eine erste Betätigungs­ welle und eine zweite Betätigungswelle auf, wobei ein Ende der ersten Betätigungswelle und ein Ende der zwei­ ten Betätigungswelle gegeneinanderstoßen und durch ein elastisches Element in Form eines Torsionsstabs bzw. einer Torsionsfeder verbunden sind. Bei dem Drehmoment­ sensor ist das erste Rotationselement von dem Ende der ersten Betätigungswelle gehaltert, und das zweite Rota­ tionselement ist von dem Ende der zweiten Betätigungs­ welle gehaltert, wodurch der Drehwinkel der ersten Be­ tätigungswelle durch das erste Detektionselement detek­ tiert wird und der Drehwinkel der zweiten Betätigungs­ welle durch das zweite Detektionselement detektiert wird und dadurch das Drehmoment an der ersten Betätigungs­ welle aufgrund der Differenz zwischen dem Drehwinkel der ersten Betätigungswelle und dem Drehwinkel der zweiten Betätigungswelle erfaßt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Federelement an der Innenumfangsfläche an dem Rand der Welleneinführöffnung des ersten Rotationselements sowie an der Innenumfangsfläche an dem Rand der Wellen­ einführöffnung des zweiten Rotationselements vorgesehen sein, wobei die Federelemente elastisch gegen die erste und die zweite Betätigungswelle drücken, so daß das erste Rotationselement durch die erste Betätigungswelle gehaltert wird und das zweite Rotationselement durch die zweite Betätigungswelle gehaltert wird.

Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Er­ findung ist eine elektrisch betriebene Servo-Lenkvor­ richtung geschaffen, die einen Drehwinkelsensor mit ei­ nem ersten Rotationselement und einem zweiten Rotations­ element aufweist, die getrennt drehbar sind und dasselbe Rotationszentrum aufweisen, wobei jedes Rotationsele­ ment einen Verzahnungsbereich an seinem Außenumfangs­ bereich sowie eine Welleneinführöffnung an seinem Rota­ tionszentrum aufweist. Weiterhin beinhaltet der Drehwin­ kelsensor eine erste Codeplatte und eine zweite Code­ platte, die getrennt drehbar sind, wobei die erste Code­ platte einen Verzahnungsbereich aufweist, der mit dem ersten Rotationselement in Eingriff steht, und die zwei­ te Codeplatte einen Verzahnungsbereich aufweist, der mit dem zweiten Rotationselement in Eingriff steht, wobei die erste Codeplatte einen Informationsaufzeichnungsbe­ reich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des ersten Rotationselements dreht, und wobei die zweite Codeplatte einen Informationsaufzeichnungsbereich auf­ weist, der sich ansprechend auf die Rotation des zweiten Rotationselements dreht. Ferner beinhaltet der Drehwin­ kelsensor ein erstes Detektionselement zum Detektieren von auf dem ersten Informationsaufzeichnungsbereich auf­ gezeichneter Information sowie ein zweites Detektions­ element zum Detektieren von auf dem zweiten Informa­ tionsaufzeichnungsbereich aufgezeichneter Information. Wenn bei dem Drehwinkelsensor sich die erste Codeplatte und die zweite Codeplatte als Ergebnis einer Rotation des ersten Rotationselements bzw. des zweiten Rotations­ elements drehen, detektiert das erste Detektionselement die Information auf der ersten Codeplatte und das zweite Detektionselement detektiert die Information auf der zweiten Codeplatte, wodurch der Drehwinkel des ersten Rotationselements und der Drehwinkel des zweiten Rota­ tionselements detektiert werden. Die elektrisch betrie­ bene Servo-Lenkvorrichtung besitzt ferner eine fahrzeug­ handhabenseitige bzw. auf der Seite des Lenkrads befind­ liche Lenkwelleneinrichtung zum Haltern des ersten Rota­ tionselements sowie eine fahrzeugradseitige Lenkwellen­ einrichtung zum Haltern des zweiten Rotationselements, wobei ein Ende der lenkradseitigen Lenkwelleneinrichtung und ein Ende der fahrzeugradseitigen Lenkwelleneinrich­ tung gegeneinaderstoßen und durch ein elastisches Ele­ ment verbunden sind, bei dem es sich um einen Torsions­ stab bzw. eine Torsionsfeder handelt. Die elektrisch betriebene Servo-Lenkvorrichtung weist ferner einen Mo­ tor auf, der dazu verwendet wird, das Drehen des Lenk­ rads zu unterstützen. Bei dieser Vorrichtung wird der Drehwinkel der lenkradseitigen Lenkwelleneinrichtung durch das erste Detektionselement detektiert, und der Drehwinkel der radseitigen Lenkwelleneinrichtung wird durch das zweite Detektionselement detektiert, um auf diese Weise das Rotationsdrehmoment an der ersten Betä­ tigungswelle aufgrund der Differenz zwischen dem Dreh­ winkel der lenkradseitigen Lenkwelleneinrichtung und dem Drehwinkel der radseitigen Lenkwelleneinrichtung zu detektieren, wodurch dann, wenn das Rotationsdrehmoment einen vorbestimmten Wert übersteigt, der Motor seinen Betrieb aufnimmt und die Drehbewegung der Handhabe bzw. des Lenkrads unterstützt.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Drehwinkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Abdeckung;

Fig. 2 eine von der Seite gesehene Schnittansicht des Hauptbereichs des Drehwinkelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A und 3B Außenansichten des Drehwinkelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein erstes Rotationselement des Drehwinkelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine von der Seite gesehene Schnittansicht des Hauptbereichs des ersten Rotationselements des Drehwinkelsensors gemäß der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Bereiche eines Federele­ ments des Drehwinkelsensors gemäß der vorliegen­ den Erfindung im Verlauf der Bildung des Feder­ elements;

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Federelement des Dreh­ winkelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Seitenansicht des Federelements des Dreh­ winkelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9A, 9B und 9C eine von oben gesehene Draufsicht, eine von der Seite gesehene Schnittansicht sowie eine Bodenansicht einer Codeplatte des Drehwin­ kelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine Seitenansicht des Hauptbereichs der Lenkwelle, an der der Drehwinkelsensor der vor­ liegenden Erfindung angebracht wird;

Fig. 11 eine schematische Ansicht des an der Lenkwelle angebrachten Drehwinkelsensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Drehwinkelsensors;

Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Drehmomentsen­ sors, der durch Anbringung von zwei herkömm­ lichen Drehwinkelsensoren an der Drehwelle ge­ bildet ist.

Im folgenden wird ein Drehwinkelsensor gemäß der vorlie­ genden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1-11 beschrieben. Wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, die Außenansichten des Drehwinkelsensors der vorliegenden Erfindung darstellen, ist der Drehwinkelsensor durch Formen derart gebildet, daß er innen hohl ist. Ein im wesentlichen D-förmiges Gehäuse 10 bildet den Außen­ bereich des Drehwinkelsensors.

Eine plattenförmige Abdeckung 11, die dieselbe Formge­ bung wie das Gehäuse 10 besitzt, ist auf dem oberen Be­ reich des Gehäuses 10 angeordnet. Sie ist an dem Gehäuse 10 mittels einer Mehrzahl von Schrauben 12 befestigt, so daß der obere Bereich des Gehäuses 10 durch die Ab­ deckung 1 abgedeckt ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine kreisförmige Öffnung 10b im wesentlichen in dem zentralen Bereich einer Bodenwand 10a des Gehäuses 10 ausgebildet. Eine kreis­ förmige Führungswand 10c ist entlang des Umfangs der Öffnung 10d derart ausgebildet, daß sie über eine vor­ bestimmte Höhe nach oben ragt.

In ähnlicher Weise ist eine kreisförmige Öffnung 11a im wesentlichen in dem zentralen Bereich der Abdeckung 11 ausgebildet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine Füh­ rungswand 11b entlang des Umfangs der Öffnung 11a derart ausgebildet, daß sie über eine vorbestimmte Höhe nach unten ragt.

Ein erstes Rotationselement 13 ist in die Öffnung 11a der Abdeckung 11 eingesetzt und ist zum Beispiel aus einem Formmaterial gebildet. Fig. 5 zeigt eine von der Seite gesehene Schnittansicht des Hauptbereichs des ersten Rotationselements 13. Das erste Rotationselement 13 besitzt einen Flansch 13a, der in Fig. 5 auf der Bodenseite zu sehen ist, sowie einen Verzahnungsbereich 13b mit einer vorbestimmten Anzahl von Zähnen und Modulen, wie dies in Fig. 4 zu sehen ist, bei der es sich um eine von oben gesehene Draufsicht auf das erste Rotationselement 13 handelt.

Das erste Rotationselement 13 besitzt ein Lager 13c, das über dem Flansch 13a ausgebildet ist. Das Lager 13c ist auf eine vorbestimmte Höhe ausgebildet und besitzt eine im wesentlichen flanschartige äußere Konfiguration.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine kreisförmige Wellen­ einführöffnung 13d in dem ersten Rotationselement 13 in dem Rotationszentrum desselben ausgebildet, und eine Mehrzahl von Nuten 13e, die auf eine vorbestimmte Tiefe und mit einer vorbestimmten Breite ausgebildet sind, ist an einer inneren Umfangsfläche 13h an dem Rand der Welleneinführöffnung 13d in Axialrichtung derselben aus­ gebildet. Eine Mehrzahl rechteckiger Vorsprünge 13f ist auf der oberen Oberfläche des Lagers 13c derart ausge­ bildet, daß sie über eine vorbestimmte Höhe von der obe­ ren Oberfläche des Lagers 13c wegragen.

Ein ringförmiger Vorsprung 13g ist entlang des Umfangs eines unter dem Flansch 13a der Fig. 5 befindlichen Be­ reichs der Welleneinführöffnung 13d derart ausgebildet, daß er über eine geringe Höhe vorsteht.

Das Lager 13c des ersten Rotationselements 13 wird in die Öffnung 11a der Abdeckung 11 eingesetzt und entlang der Führungswand 11b, die entlang des Umfangs der Öff­ nung 11a ausgebildet ist, derart geführt, daß es frei drehbar ist.

Eine erste Eingriffsfeder 14 zum Beispiel der in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Art, die eine ringförmige Außenkonfiguration aufweist, ist an der oberen Ober­ fläche des Lagers 13c des ersten Rotationselements 13 angebracht. Die erste Eingriffsfeder 14 ist zum Beispiel aus einem nicht-rostendem Stahl mit Federvermögen gebil­ det. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, besitzt sie einen ring­ förmigen Rahmenbereich 14a, der an dem Außenumfang der ersten Eingriffsfeder 14 ausgebildet ist, sowie eine Mehrzahl von Federbereichen 14e, die sich von dem Rahmenbereich 14a in eine Öffnung 14e der ersten Eingriffsfeder 14 hineinerstrecken. Der ringförmige Rah­ menbereich 14a und die Federbereiche 14b werden durch Stanzen beispielsweise aus nicht-rostendem Stahl zum Beispiel durch einen Pressenvorgang gebildet.

Eine Mehrzahl rechteckiger Öffnungen 14c ist in dem Rah­ menbereich 14a durch Ausstanzen eines Teils des Rahmen­ bereichs 14a gebildet, und eine rechteckige Öffnung 14d ist in Richtung auf ein Ende jedes Federbereichs 14b durch Ausstanzen eines Teils des Endes jedes Federbe­ reichs 14b gebildet. Jeder Federbereich 14b ist derart ausgebildet, daß sein oberer Bereich, der im wesentli­ chen kegelförmig ist, die zugeordnete rechteckige Öff­ nung 14d beinhaltet.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, bei der es sich um eine von der Seite gesehene Schnittansicht des Basisbereichs von einigen der Federbereiche 14b handelt, ist die erste Eingriffsfeder 14 in Richtung nach unten gebogen. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, bei der es sich um eine von oben gesehene Draufsicht auf die erste Eingriffsfeder 14 han­ delt, besitzt die erste Eingriffsfeder 14 eine im wesentlichen kreisförmige Öffnung 14e.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die rechteckigen Öffnun­ gen 14c des Rahmenbereichs 14a auf den Vorsprüngen 13f angeordnet, die auf der oberen Oberfläche des Lagers 13c des ersten Rotationselements 13 ausgebildet sind, und die Enden der Vorsprünge 13f, die oben aus ihren jewei­ ligen rechteckigen Öffnungen 14c herausragen, sind zum Beispiel unter Wärmeeinwirkung vernietet, so daß das erste Rotationselement 13 und die erste Eingriffsfeder 14 in integraler Weise ausgebildet sind.

Die nach unten abgebogenen Federbereiche 14b sind in den Nuten 13e des ersten Rotationselements 13 angeordnet. Der im wesentlichen kegelförmige obere Bereich jedes Federbereichs 14 einschließlich seiner zugehörigen rechteckigen Öffnung 14d ragt von der Innenumfangsfläche 13h an dem Rand der Welleneinführöffnung 13d in die Welleneinführöffnung 13d des ersten Rotationselements 13 hinein.

An der unteren Seite der Fig. 2 ist gegenüber dem ersten Rotationselement 13 ein zweites Rotationselement 15 angeordnet, das im wesentlichen dieselbe Form wie das erste Rotationselement 13 aufweist. Das zweite Ro­ tationselement 15 besitzt zum Beispiel einen Ver­ zahnungsbereich 15b, einen Lagerbereich 15c sowie eine Welleneinführöffnung 15d, die an einer Innenumfangs­ fläche 15h des zweiten Rotationselements 15 ausgebildet ist.

Eine zweite Eingriffsfeder 16, die im wesentlichen die­ selbe Konfiguration wie die erste Eingriffsfeder 14 hat und einen Federbereich 16b usw. aufweist, ist an dem zweiten Rotationselement 15 unter Verwendung derselben Verfahrensweise angebracht, wie diese zur Anbringung der ersten Eingriffsfeder 14 an dem ersten Rotationselement 13 verwendet wurde.

Mit anderen Worten sind die erste und die zweite Ein­ griffsfeder 14 und 16, die als Federelemente dienen, an den Innenumfangsflächen 13h und 15h an den Rändern der Welleneinführöffnungen 13d und 15d des ersten Rotations­ elements 13 bzw. des zweiten Rotationselements 15 ange­ ordnet.

Der Lagerbereich 15c des zweiten Rotationselements 15 ist in die Öffnung 10b des Gehäuses 10 eingesetzt und entlang der Führungswand 10c, die entlang des Umfangs der Öffnung 10b ausgebildet ist, derart geführt, daß er frei drehbar ist.

Das erste Rotationselement 13 und das zweite Rotations­ element 15, die an der Abdeckung 11 und dem Gehäuse 10 angebracht sind, besitzen dasselbe Rotationszentrum und können sich voneinander getrennt drehen.

An der unteren linken Seite des Gehäuses 10 der Fig. 1 sind eine erste Codeplatte 17, die mit dem Verzahnungsbereich 13b des ersten Rotationselements 13 in Eingriff steht, sowie eine zweite Codeplatte 18 an­ geordnet, die mit dem Verzahnungsbereich 15b des zweiten Rotationselements 15 in Eingriff steht.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, weist die erste Codeplatte 17 einen Verzahnungsbereich 17a sowie einen Informations­ aufzeichnungsbereich 17b auf. Der Verzahnungsbereich 17a kämmt mit dem Verzahnungsbereich 13b des ersten Ro­ tationselements 13 und ist zum Beispiel aus einem Harz­ material gebildet. Der Informationsaufzeichnungsbereich 17b ist seitlich von dem Verzahnungsbereich 17a ange­ bracht und ist aus einem magnetischen Material mit einer Mehrzahl von magnetischen Nordpolen und Südpolen (N-S) hergestellt.

Der Informationsaufzeichnungsbereich 17b ist schei­ benförmig ausgebildet und besitzt einen Außendurch­ messer, der größer ist als der Außendurchmesser des Verzahnungsbereichs 17a. Ein vorspringender Erhebungs­ bereich 17c ist an einer Seite des Verzahnungsbereichs 17a ausgebildet.

Der auf der Seite des Verzahnungsbereichs 17a ausge­ bildete Erhebungsbereich 17c ist mit einer Erhebungs­ öffnung 17d in dem Informationsaufzeichnungsbereich 17b im Preßsitz oder durch anderweitige Verbindung verbunden, so daß der Verzahnungsbereich 17a und der Informationsaufzeichnungsbereich 17b in integraler Weise miteinander verbunden sind.

Eine Achseneinführöffnung 17e ist durch die erste Code­ platte 17 hindurch an dem Rotationszentrum der ersten Codeplatte 17 ausgebildet. An einer Seitenfläche 17f des Verzahnungsbereichs 17a sind eine Federnut 17g mit einer vorbestimmten Tiefe sowie eine Nut 17h zum Stoppen der Rotation einer Torsionsschraubenfeder (nicht gezeigt) ausgebildet, die in die Federnut 17g eingesetzt ist.

Ein Vorsprung 17j, der von der Seitenfläche 17f geringfügig wegragt, ist auf der Seite des Innenumfangs an dem Rand der Federnut 17g ausgebildet.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine zweite Codeplatte 17 mit derselben Konfiguration wie die erste Codeplatte 17 an der unteren Seite in Fig. 2 gegenüber dem Verzahnungsbereich 17a der ersten Codeplatte 17 angeord­ net.

Die zweite Codeplatte 18 weist einen Verzahnungsbereich 18a, der mit dem Verzahnungsbereich 15b des zweiten Ro­ tationselements 15 kämmt, einen Informationsauf­ zeichnungsbereich 18b, eine Achseneinführöffnung (nicht gezeigt), einen Vorsprung (nicht gezeigt) usw. auf. Eine Tragachse 19 aus Metall ist in die Achseneinführöffnung 17e der ersten Codeplatte 17 und die Achseneinführ­ öffnung (nicht gezeigt) der zweiten Codeplatte 18 ein­ geführt, wobei eine Seite des Verzahnungsbereichs 17a sowie eine Seite des Verzahnungsbereichs 18a derart mit­ einander in Berührung gebracht sind, daß sich die Code­ platten 17 und 18 getrennt drehen können.

Die Tragachse 19 ist mit ihrem oberen Ende auf der Seite der Abdeckung 11 angebracht und mit ihrem unteren Ende auf der Seite des Gehäuses 10 angebracht, um die erste Codeplatte 17 und die zweite Codeplatte 18 in dem Gehäuse 10 aufzunehmen.

In die Federnut 17g ist eine Torsionsschraubenfeder (nicht gezeigt) eingesetzt, die das Auftreten von Spiel an den beiden Codeplatten 17 und 18 verhindert.

Ein Halter 22 ist an der linken unteren Ecke des Gehäuses 10 in Fig. 1 angeordnet. An dem Halter 22 sind erste Detektionselemente 20 und zweite Detektionsele­ mente 21 angebracht, bei denen es sich zum Beispiel um Öffnungselemente zum Detektieren von Information, d. h. magnetischer Information, handelt, die auf den Informa­ tionsaufzeichnungsbereichen 17b und 18b der Codeplatten 17 bzw. 18 aufgezeichnet ist.

Der Bereich des Halters 22, an dem die Detektionsele­ mente 20 und 21 angebracht sind, besitzt zwei zueinander nicht parallele Seiten, die in Richtung aufeinander zu geneigt sind. Zwei erste Detektionselemente 20 sind an einer der zueinander nicht parallelen Seiten des Halters 22 angebracht, und zwei zweite Detektionselemente 21 sind an der anderen Seite der zueinander nicht paralle­ len Seite des Halters 22 angebracht, so daß die Detek­ tionselemente getrennt sowie senkrecht zu dem Halter 22 angebracht sind. Die ersten Detektionselemente 20 sind an einer Stelle gegenüber dem Informationsaufzeichnungs­ bereich 17b der ersten Codeplatte 17 angebracht, während die zweiten Detektionselemente 21 an einer Stelle ge­ genüber dem Informationsaufzeichnungsbereich 18b der zweiten Codeplatte 18 angebracht sind.

Der Halter 22, an dem die ersten Detektionselemente 20 und die zweiten Detektionselemente 21 angebracht sind, besitzt eine ebene Rückseite, die zum Beispiel mit einem Substrat 23 hinter der Rückseite verbunden ist.

Eine integrierte Schaltung (IC) 24, die zur Ausführung von Rechenvorgängen an der von den Detektionselementen 20 und 21 gelieferten Information verwendet wird, ist an dem isolierenden Substrat 23 angebracht, und ein Lei­ tungsdraht 25 zum Übertragen der von der integrierten Schaltung 24 verarbeiteten Information zu einer externen Vorrichtung ist an dem isolierenden Substrat 23 durch Löten oder dergleichen angebracht.

Es folgt nun eine Beschreibung eines Falls, in dem der Drehwinkelsensor der vorliegenden Erfindung zur Bildung eines Drehmomentsensors verwendet wird und dieser an einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommt.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, weist die Kraftfahrzeug- Lenkwelle 26 zum Beispiel einen ersten Betätigungs­ wellenbereich 27 und einen zweiten Betätigungswellen­ bereich 28 auf, wobei in den Enden 27a und 28a derselben T-förmige Nuten 27b bzw. 28b ausgebildet sind. Diese Enden 27a und 28a stoßen gegeneinander. Ein elastisches Element 29, das in Fig. 10 schwarz umrandet dargestellt ist, ist in die Nuten 27b und 28b eingesetzt, so daß der erste Betätigungswellenbereich 27 und der zweite Betätigungswellenbereich 28 miteinander verbunden sind. Bei dem elastischen Element 29 handelt es sich zum Beispiel um eine Torsionsfeder bzw. eines Torsionsstabs.

Das erste Rotationselement 13 eines Drehwinkelsensors S der vorliegenden Erfindung ist dabei in das Ende 27a des ersten Betätigungswellenbereichs 27 aufgeschoben, und das zweite Rotationselement des Drehwinkelsensors S ist auf das Ende 28a des zweiten Betätigungswellenbereichs 28 aufgeschoben.

Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die Federbereiche 14b und 16b der ersten und der zweiten Eingriffsfeder 14 und 16, bei denen es sich um Federelemente handelt, an den Innenumfangsflächen 13h und 15h an dem Rand der Welleneinführöffnungen 13d und 15d des ersten Rotationselements bzw. des zweiten Rotationselements 15 angeordnet. Die Federbereiche 14b und 16b drücken ela­ stisch gegen den ersten Betätigungswellenbereich 27 bzw. den zweiten Betätigungswellenbereich 28, so daß das erste Rotationselement 13 und das zweite Rotationsele­ ment 15 durch den ersten Betätigungswellenbereich 27 bzw. den zweiten Betätigungswellenbereich 28 gehaltert sind, wodurch der Drehwinkelsensor S an der Lenkwelle 26 angebracht ist.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist die Lenkwelle 26 derart ausgebildet, daß eine Handhabe bzw. ein Lenkrad 30 an dem ersten Betätigungswellenbereich 27 angebracht ist und der zweite Betätigungswellenbereich 28 an einem nicht gezeigten Rad angebracht ist. Wenn das Lenkrad 30 gedreht wird, um den zweiten Betätigungswellenbereich 28 rotationsmäßig zu bewegen, wird das Rotations-Drehmoment an dem zweiten Betätigungswellenbereich 28 zum Beispiel aufgrund des Zustands der Straßenoberfläche (nicht ge­ zeigt), mit der die Fahrzeugräder in Berührung stehen, hoch. Wenn in diesem Fall der erste Betätigungswellen­ bereich 27 als Ergebnis der Drehbewegung des Lenkrads 30 verdreht wird, wird der zweite Betätigungswellenbereich 28 aufgrund des elastischen Elements 29 später verdreht als der erste Betätigungswellenbereich 27, wodurch die Rotationswinkel des ersten Betätigungswellenbereichs 27 und des zweiten Betätigungswellenbereichs 28 voneinander verschieden werden.

Diese Differenz bei den Rotationswinkeln führt wiederum dazu, daß die Rotationswinkel der ersten Codeplatte 17 und der zweiten Codeplatte 18 voneinander verschieden werden. Der Rotationswinkel der ersten Codeplatte 17 und der Rotationswinkel der zweiten Codeplatte 18 werden von dem ersten Detektionselement 20 bzw. dem zweiten Detek­ tionselement 21 detektiert. Die Differenz in den Rota­ tionswinkeln der Codeplatten 17 und 18 wird mittels der integrierten Schaltung 24 berechnet, wodurch sich das Rotations-Drehmoment auf der Seite des ersten Betäti­ gungswellenbereichs 27 detektieren läßt. Somit kann der Drehwinkelsensor S der vorliegenden Erfindung zur Bil­ dung eines Drehmomentsensors verwendet werden.

Die elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung der vor­ liegenden Erfindung weist einen Elektromotor (nicht ge­ zeigt) auf, wie zum Beispiel einen Motor, der die Betä­ tigungsperson bei der Betätigung des Lenkrads 30 unterstützt. Beim Drehen des Lenkrads 30 detektiert der Drehmomentsensor das Rotations-Drehmoment an dem ersten Betätigungswellenbereich 27. Wenn das Rotations-Dreh­ moment an dem ersten Betätigungswellenbereich 27 einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Betriebs­ befehl von der integrierten Schaltung 24 über einen Treiber zu dem Elektromotor geschickt, um dadurch den Elektromotor in Betrieb zu setzen.

Die Betätigungskraft des Elektromotors wird dazu verwen­ det, die Bedienungsperson, die das Lenkrad 30 mit einer bestimmten Drehkraft dreht, bei dieser Drehung des Lenk­ rads 30 zu unterstützen, wodurch ein geringeres Rota­ tions-Drehmoment auf das Lenkrad 30 ausgeübt zu werden braucht.

In der vorstehenden Beschreibung des Drehwinkelsensors S der vorliegenden Erfindung sind die Informationsauf­ zeichnungsbereiche 17b und 18b der Codeplatten 17 und 18 zwar als magnetische Medien beschrieben worden und die Detektionselemente 20 und 21 sind als magnetische Senso­ ren beschrieben worden, jedoch können die Informations­ aufzeichnungsbereiche 17b und 18b auch Identifizierungs­ markierungen sein, die zum Beispiel durch einen opti­ schen Sensor identifizierbar sind, und bei den Detek­ tionselementen kann es sich zum Beispiel um optische Sensoren handeln, die aus einer lichtemittierenden Ein­ richtung und einer lichtempfangenden Einrichtung bestehen.

Bei dem Drehwinkelsensor der vorliegenden Erfindung er­ folgt dann, wenn die Codeplatten als Ergebnis einer Dre­ hung der Rotationselemente rotationsmäßig bewegt werden, durch die Detektionselemente eine Detektion der Informa­ tion auf ihren zugeordneten Codeplatten, um dadurch die Rotationswinkel ihrer zugehörigen Rotationselemente zu detektieren. Somit können die Codeplatten und die Rota­ tionselemente als separate Elemente ausgebildet sein. Selbst wenn die Rotationselemente als Ergebnis einer übermäßigen Last auf den Rotationselementen geringfügig verlagert werden, wird die übermäßige Last nicht auf die Codeplatten ausgeübt, so daß sich die Größe des Spalts zwischen den Codeplatten und ihren zugeordneten Detek­ tionselementen nicht verändert.

Auf diese Weise ist es möglich, einen Drehwinkelsensor zu schaffen, der den Drehwinkel eines Rotationselements exakt detektieren kann, selbst wenn eine übermäßige Be­ lastung auf das Rotationselement ausgeübt wird.

Weiterhin besitzt der Drehwinkelsensor ein erstes und ein zweites Rotationselement, die sich voneinander ge­ trennt drehen können und die dasselbe Rotationszentrum aufweisen; eine erste und eine zweite Codeplatte, die Verzahnungsbereiche besitzen, die mit ihren jeweiligen Rotationselementen kämmen, und getrennt voneinander drehbar sind; sowie ein erstes und ein zweites Detektionselement zum Detektieren von Information auf ihrer zugeordneten ersten Codeplatte und zweiten Codeplatte. Wenn das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement durch den Eingriff des Verzahnungsbereichs der ersten Codeplatte mit dem Verzahnungsbereich des ersten Rotationselements sowie durch den Eingriff des Verzahnungsbereichs der zweiten Codeplatte mit dem Verzahnungsbereich des zweiten Rotationselements rotationsmäßig bewegt werden, wird die Information auf der ersten Codeplatte durch das erste Detektionselement detektiert, und die Information auf der zweiten Codeplatte wird durch das zweite Detektionselement detektiert, so daß sich die Rotationswinkel des ersten Rotationselements und des zweiten Rotationselements separat erfassen lassen. Die Codeplatten und die Rotationselemente können somit auf­ grund der Verzahnungsbereiche als separate Komponenten ausgebildet werden, so daß es selbst bei Ausübung einer übermäßigen Last auf die Rotationselemente möglich ist, die Codeplatten ohne Spiel zu haltern. Der Drehwinkel­ sensor kann für einen Drehmomentsensor verwendet werden, der das Rotations-Drehmoment an dem ersten Rotationsele­ ment und dem zweiten Rotationselement aufgrund der durch die zugehörigen beiden Codeplatten der Rotationselemente detektierten Differenz zwischen den Rotationswinkeln der beiden Rotationselemente detektieren kann.

Ferner besitzen bei dem Drehwinkelsensor die erste und die zweite Codeplatte dasselbe Rotationszentrum, wobei die Verzahnungsbereiche derart angeordnet sind, daß eine Seite des einen Verzahnungsbereichs sowie eine Seite des anderen Verzahnungsbereichs einander gegenüberliegen. Die Informationsaufzeichnungsbereiche sind jeweils an den anderen, voneinander wegweisenden Seiten der Verzah­ nungsbereiche derart ausgebildet, daß ihr Außendurch­ messer größer ist als der Außendurchmesser ihrer jewei­ ligen Verzahnungsbereiche. Das erste und das zweite Ro­ tationselement sind zwischen den Informationsaufzeich­ nungsbereichen drehbar angeordnet. Aufgrund einer der­ artigen Konstruktion können die äußeren Abmessungen der Informationsaufzeichnungsbereiche der Codeplatten groß gemacht werden, wodurch sich die Drehwinkel mit hoher Präzision erfassen lassen.

Da die Rotationselemente zwischen den Informationsauf­ zeichnungsbereichen angeordnet sind, werden ferner die Außenabmessungen des Drehwinkelsensors nicht groß, ob­ wohl die Außenabmessungen der Informationsaufzeichnungs­ bereiche groß sind.

Weiterhin sind die Rotationselemente, die Codeplatten und die Detektionselemente in einem kastenförmigen Ge­ häuse derart untergebracht, daß die Detektionselemente an einer Ecke des Gehäuses angeordnet sind und die Code­ platten zwischen den Detektionselementen und ihren zu­ gehörigen Rotationselementen angeordnet sind. Aus diesem Grund lassen sich die Außenabmessungen des Drehwinkel­ sensors klein ausbilden.

Weiterhin besitzen die Codeplatten jeweils einen Infor­ mationsaufzeichnungsbereich aus magnetischem Material mit einer Mehrzahl von magnetischen Polen, und bei den Detektionselementen handelt es sich um magnetische Sen­ soren, die auf das Magnetfeld des magnetischen Materials ansprechen. Wenn sich das Magnetfeld als Ergebnis einer Rotation der Codeplatten verändert, läßt sich somit die Veränderung des Magnetfelds durch die Detektionselemente mit hoher Genauigkeit detektieren. Somit ist es möglich, einen Drehwinkelsensor zu schaffen, der den Drehwinkel eines Rotationselements mit hoher Genauigkeit detektie­ ren kann.

Da ferner die magnetischen Elemente um die Welleneinführöffnungen der Rotationselemente nicht mit großen Durchmessern ausgebildet werden müssen, läßt sich der Drehwinkelsensor mit der erforderlichen Mindestgröße ausbilden. Auf diese Weise kann ein kostengünstiger Drehwinkelsensor geschaffen werden.

Der Drehmomentsensor der vorliegenden Erfindung besitzt einen Drehwinkelsensor mit einem ersten Rotationselement und einem zweiten Rotationselement, die voneinander ge­ trennt drehbar sind und dasselbe Rotationszentrum auf­ weisen, wobei jedes Rotationselement einen Verzahnungs­ bereich an seinem äußeren Umfangsbereich sowie eine Welleneinführöffnung an seinem Rotationszentrum auf­ weist. Ferner beinhaltet der Drehwinkelsensor eine erste Codeplatte und eine zweite Codeplatte, die voneinander getrennt drehbar sind, wobei die erste Codeplatte einen Verzahnungsbereich aufweist, der mit dem ersten Rota­ tionselement kämmt, und die zweite Codeplatte einen Ver­ zahnungsbereich aufweist, der mit dem zweiten Rotations­ element kämmt, wobei die erste Codeplatte einen Informa­ tionsaufzeichnungsbereich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des ersten Rotationselements rota­ tionsmäßig bewegt, und die zweite Codeplatte einen In­ formationsaufzeichnungsbereich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des zweiten Rotationsele­ ments rotationsmäßig bewegt. Ferner beinhaltet der Dreh­ winkelsensor ein erstes Detektionselement zum Detektie­ ren von auf dem ersten Informationsaufzeichnungsbereich aufgezeichneter Information sowie ein zweites Detektionselement zum Detektieren von auf dem zweiten Informationsaufzeichnungsbereich aufgezeichneter Information. Wenn bei dem Drehwinkelsensor das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement eine Rotationsbewegung ausführen und dadurch die erste Codeplatte bzw. die zweite Codeplatte rotationsmäßig bewegt werden, detektiert das erste Detektionselement die Information auf der ersten Codeplatte, und das zweite Detektionselement detektiert die Information auf der zweiten Codeplatte, wodurch der Drehwinkel des ersten Rotationselements und der Drehwinkel des zweiten Rotationselements detektiert werden. Der Drehmomentsensor besitzt ferner eine erste Betäti­ gungswelle und eine zweite Betätigungswelle, wobei ein Ende der ersten Betätigungswelle und ein Ende der zwei­ ten Betätigungswelle gegeneinanderstoßen und diese durch ein elastisches Element verbunden sind, bei dem es sich um einen Torsionsstab handelt. Bei dem Drehmomentsensor ist das erste Rotationselement von dem Ende der ersten Betätigungswelle gehaltert und das zweite Rotationsele­ ment ist von dem Ende der zweiten Betätigungswelle ge­ haltert, um auf diese Weise den Drehwinkel der ersten Betätigungswelle durch das erste Detektionselement und den Drehwinkel der zweiten Betätigungswelle durch das zweite Detektionselement zu detektieren, wodurch das Rotations-Drehmoment an der ersten Betätigungswelle auf­ grund der Differenz zwischen dem Drehwinkel der ersten Betätigungswelle und dem Drehwinkel der zweiten Betätigungswelle detektiert wird. Aufgrund dieser Ausbildung kann der Drehwinkelsensor mit hoher Ge­ nauigkeit die Differenz zwischen dem Drehwinkel der er­ sten Betätigungswelle und dem Drehwinkel der zweiten Betätigungswelle erfassen. Eine integrierte Schaltung führt Berechnungen an der Differenz zwischen den Dreh­ winkeln durch, um diese in einen Drehmomentwert umzuwan­ deln, wodurch sich das Rotations-Drehmoment an der ersten Betätigungswelle mit hoher Genauigkeit erfassen läßt.

In dem Drehmomentsensor ist ein Federelement an der Innenumfangsfläche an dem Rand der Welleneinführöffnung des ersten Rotationselements sowie an der Innenumfangs­ fläche an dem Rand der Welleneinführöffnung des zweiten Rotationselements vorgesehen, wobei die Federelemente elastisch gegen die erste und die zweite Betätigungs­ welle drücken, so daß das erste Rotationselement durch die erste Betätigungswelle gehaltert ist und das zweite Rotationselement durch die zweite Betätigungswelle ge­ haltert ist. Die Rotationselemente lassen sich somit durch ihre jeweiligen Betätigungswellen haltern, während die Federelemente elastisch gegen die Betätigungswellen drücken, indem lediglich die Rotationselemente auf ihre jeweiligen Betätigungswellen gepaßt werden.

Somit ist es möglich, einen Drehmomentsensor zu schaf­ fen, der eine einfache Montage der Rotationselemente an den Betätigungswellen ermöglicht, und zwar ohne Schlupf der Rotationselemente gegenüber den Betätigungswellen.

Die elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung besitzt einen Drehwinkelsensor, der ein erstes Rotationselement und ein zweites Rotationselement beinhaltet, die vonein­ ander getrennt drehbar sind und dasselbe Rotationszen­ traum aufweisen, wobei jedes Rotationselement einen Ver­ zahnungsbereich an seinem Außenumfangsbereich sowie eine Welleneinführöffnung an seinem Rotationszentrum auf­ weist. Ferner besitzt der Drehwinkelsensor eine erste Codeplatte und eine zweite Codeplatte, die voneinander getrennt drehbar sind, wobei die erste Codeplatte einen Verzahnungsbereich aufweist, der mit dem ersten Rota­ tionselement kämmt, und wobei die zweite Codeplatte einen Verzahnungsbereich aufweist, der mit dem zweiten Rotationselement kämmt, wobei die erste Codeplatte einen Informationsaufzeichnungsbereich aufweist, der sich an­ sprechend auf eine Rotation des ersten Rotationselements rotationsmäßig bewegt, und wobei die zweite Codeplatte einen Informationsaufzeichnungsbereich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des zweiten Rota­ tionselements rotationsmäßig bewegt. Ferner beinhaltet der Drehwinkelsensor ein erstes Detektionselement zum Detektieren von Information, die auf dem ersten Informa­ tionsaufzeichnungsbereich verzeichnet ist, sowie ein zweites Detektionselement zum Detektieren von Informa­ tion, die auf dem zweiten Informationsaufzeichnungsbe­ reich verzeichnet ist. Wenn bei dem Drehwinkelsensor die erste Codeplatte und die zweite Codeplatte als Ergebnis einer Rotationsbewegung des ersten Rotationselements bzw. des zweiten Rotationselements rotationsmäßig bewegt werden, detektiert das erste Detektionselement die In­ formation auf der ersten Codeplatte, und das zweite De­ tektionselement detektiert die Information auf der zwei­ ten Codeplatte, wodurch der Drehwinkel des ersten Rota­ tionselements und der Drehwinkel des zweiten Rotationselements detektiert werden. Die elektrisch be­ triebene Servolenkvorrichtung besitzt ferner einen auf der Seite des Lenkrads des Fahrzeugs befindlichen Lenk­ wellenbereich zum Haltern des ersten Rotationselements sowie einen fahrzeugradseitigen Lenkwellenbereich zum Haltern des zweiten Rotationselements, wobei ein Ende des lenkradseitigen Lenkwellenbereichs und ein Ende des fahrzeugradseitigen Lenkwellenbereichs gegeneinander­ stoßen und durch ein elastisches Element verbunden sind, bei dem es sich um einen Torsionsstab handelt. Die Vor­ richtung besitzt ferner einen Motor, der zur Unter­ stützung beim Drehen des Lenkrads verwendet wird. Bei der Servovorrichtung wird der Drehwinkel des lenkradsei­ tigen Lenkwellenbereichs durch das erste Detektionsele­ ment detektiert, und der Drehwinkel des fahrzeugradsei­ tigen Lenkwellenbereichs wird durch das zweite Detek­ tionselement detektiert, wodurch das Rotations- Drehmoment an der ersten Betätigungswelle aufgrund der Differenz zwischen dem Rotationswinkel des lenkradseitigen Lenkwellenbereichs und dem Rotationswinkel des fahrzeugradseitigen Lenkwellenbereichs detektiert wird, so daß dann, wenn das Rotations-Drehmoment einen vorbestimmten Wert übersteigt, der Motor seinen Betrieb aufnimmt, um das Drehen des Lenkrads zu unterstützen. Aufgrund dieser Ausbildung läßt sich eine elektrisch betriebene Servo- Lenkvorrichtung schaffen, die das Rotations-Drehmoment an einer Betätigungswelle mit hoher Genauigkeit detek­ tieren kann und die unter Verwendung des mit hoher Ge­ nauigkeit erfaßten Rotations-Drehmoments eine hohe Lei­ stung erzielen kann.

Claims (8)

1. Drehwinkelsensor mit:
einer Rotationseinrichtung (13, 15) mit einem Verzahnungsbereich (13b, 15b) an ihrem Außenumfang, wobei die Rotationseinrichtung an ihrem Rotationszentrum eine Welleneinführöffnung aufweist;
einer Codeplatteneinrichtung (17, 18), die mit dem Verzahnungsbereich der Rotationseinrichtung (13, 15) in Eingriff steht, wobei die Codeplatteneinrichtung (17, 18) einen Informationsaufzeichnungsbereich aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation der Rotationseinrichtung (13, 15) dreht; und mit
einer Detektionseinrichtung (20, 21) zum Detektieren von Information, die auf dem Informationsaufzeichnungsbereich aufgezeichnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn sich die Codeplatteneinrichtung (17, 18) als Ergebnis einer Rotation der Rotationseinrichtung (13, 15) dreht, die Detektionseinrichtung (20, 21) die Information auf der Codeplatteneinrichtung (17, 18) detektiert und dadurch den Rotationswinkel der Rotationseinrichtung (13, 15) detektiert.

2. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationseinrichtung ein erstes Rotationselement (13) und ein zweites Rotationselement (15) aufweist, wobei das erste Rotationselement (13) und das zweite Rotationsele­ ment (15) getrennt voneinander drehbar sind und das­ selbe Rotationszentrum aufweisen, daß die Codeplat­ teneinrichtung eine erste Codeplatte (17) und eine zweite Codeplatte (18) aufweist, die jeweils einen mit der Rotationseinrichtung in Eingriff stehenden Verzahnungsbereich (17a, 18a) aufweisen und getrennt voneinander drehbar sind, und daß die Detektionsein­ richtung ein erstes Detektionselement (20) und ein zweites Detektionselement (21) zum Detektieren von Information auf der ersten Codeplatte (17) bzw. der zweiten Codeplatte (18) aufweist, und daß bei Rota­ tion des ersten Rotationselements (13) und des zwei­ ten Rotationselements (15) durch den Eingriff zwi­ schen dem Verzahnungsbereich (17a) der ersten Code­ platte (17) und einem Verzahnungsbereich (13b) des ersten Rotationselements (13) sowie durch den Ein­ griff zwischen dem Verzahnungsbereich (18a) der zweiten Codeplatte (18) und einem Verzahnungsbereich (15b) des zweiten Rotationselements (15) die Infor­ mation auf der ersten Codeplatte (17) durch das erste Detektionselement (20) detektiert wird und die Information auf der zweiten Codeplatte (18) durch das zweite Detektionselement (21) detektiert wird, so daß der Rotationswinkel des ersten Rotationsele­ ments (13) und der Rotationswinkel des zweiten Rota­ tionselements (15) getrennt detektiert werden.

3. Drehwinkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Codeplatte (17) und die zweite Codeplatte (18) dasselbe Rota­ tionszentrum aufweisen, daß die eine Seite des Ver­ zahnungsbereichs (17a) der ersten Codeplatte (17) und die eine Seite des Verzahnungsbereichs (18a) der zweiten Codeplatte (18) einander zugewandt gegen­ überliegend angeordnet sind und die andere Seite des Verzahnungsbereichs (17a) der ersten Codeplatte (17), auf der der zugeordnete Informationsaufzeich­ nungsbereich gebildet ist, sowie die andere Seite des Verzahnungsbereichs (18a) der zweiten Codeplatte (18), auf der der zugeordnete Informationsaufzeich­ nungsbereich gebildet ist, voneinander wegweisend angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser jedes Informationsaufzeichnungsbereichs (17b, 18b) größer ist als der Außendurchmesser des zugeordneten Ver­ zahnungsbereichs (17a, 17b), und daß das erste Rota­ tionselement (13) und das zweite Rotationselement (15) zwischen den Informationsaufzeichnungsbereichen (17b, 18b) drehbar angeordnet sind.

4. Drehwinkelsensor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationseinrichtung (13, 15), die Codeplatteneinrichtung (17, 18) und die Detektionseinrichtung (20, 21) in einem kastenförmigen Gehäuse (10) untergebracht sind und daß die Codeplatteneinrichtung (17, 18) zwischen der Detektionseinrichtung (20, 21) und der Rotationsein­ richtung (13, 15) angeordnet ist.

5. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsauf­ zeichnungsbereiche (17b, 18b) der Codeplattenein­ richtung (17, 18) aus einem magnetischen Material mit einer Mehrzahl magnetischer Pole gebildet sind, und daß die Detektionseinrichtung (20, 21) einen Magnetsensor aufweist, der auf das Magnetfeld des magnetischen Materials reagiert.

6. Drehmomentsensor mit:
einem Drehwinkelsensor mit einem ersten Rotations­ element (13) und einem zweiten Rotationselement (15), die getrennt drehbar sind und dasselbe Rota­ tionszentrum aufweisen, wobei jedes Rotationselement einen Verzahnungsbereich (13b, 15b) an seinem äußeren Umfangsbereich sowie eine Welleneinführ­ öffnung (13d, 15d) an seinem Rotationszentrum auf­ weist,
dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Codeplatte (17) und eine zweite Codeplatte (18) vorgesehen sind, die getrennt drehbar sind, wobei die erste Codeplatte (17) einen Verzahnungsbereich aufweist, der mit dem ersten Rotationselement (13) in Eingriff steht und die zweite Codeplatte (18) einen Verzah­ nungsbereich (18a) aufweist, der mit dem zweiten Rotationselement (15) in Eingriff steht, wobei die erste Codeplatte (17) einen Informationsaufzeich­ nungsbereich (17b) aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des ersten Rotationselements (13) dreht und wobei die zweite Codeplatte (18) einen Informationsaufzeichnungsbereich (18b) aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des zweiten Rota­ tionselements (15) dreht, und daß ein erstes Detek­ tionselement (20) zum Detektieren von auf dem ersten Informationsaufzeichnungsbereich (17b) aufgezeichne­ ter Information sowie ein zweites Detektionselement (21) zum Detektieren von auf dem zweiten Informa­ tionsaufzeichnungsbereich (18b) aufgezeichneter In­ formation vorgesehen sind, so daß bei Rotationsbewe­ gung des ersten Rotationselements (13) und des zweiten Rotationselements (15) und somit bei Rota­ tion der ersten Codeplatte (17) bzw. der zweiten Codeplatte (18) das erste Detektionselement (20) die Information auf der ersten Codeplatte (17) detek­ tiert und das zweite Detektionselement (21) die In­ formation auf der zweiten Codeplatte (18) detek­ tiert, wodurch der Drehwinkel des ersten Rotations­ elements (13) und der Rotationswinkel des zweiten Rotationselements (15) detektiert werden, daß der Drehmomentsensor ferner eine erste Betätigungswelle (27) und eine zweite Betätigungswelle (28) aufweist, wobei ein Ende (27a) der ersten Betätigungswelle (27) und ein Ende (28a) der zweiten Be­ tätigungswelle (28) gegeneinanderstoßen und durch ein elastisches Element (29) in Form eines Torsions­ stabs verbunden sind, und daß das erste Rotations­ element (13) von dem Ende (27a) der ersten Betä­ tigungswelle (27) gehaltert ist und das zweite Rota­ tionselement (15) von dem Ende (28a) der zweiten Betätigungswelle (28) gehaltert ist, um den Drehwin­ kel der ersten Betätigungswelle (27) durch das erste Detektionselement (20) zu detektieren und den Dreh­ winkel der zweiten Betätigungswelle (28) durch das zweite Detektionselement (21) zu detektieren, wobei das Rotations-Drehmoment an der ersten Betätigungs­ welle (27) aufgrund der Differenz zwischen dem Dreh­ winkel der ersten Betätigungswelle (27) und dem Drehwinkel der zweiten Betätigungswelle (28) erfaßt wird.

7. Drehmomentsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federelement (14, 16) an der Innenumfangsfläche an dem Rand der Welleneinführöffnung (13d) des ersten Rotationsele­ ments (13) und an der Innenumfangsfläche an dem Rand der Welleneinführöffnung (15b) des zweiten Rota­ tionselements (15) vorgesehen sind, wobei die Feder­ elemente (14, 16) elastisch gegen die erste und die zweite Betätigungswelle (27, 28) drücken, um das erste Rotationselement (13) an der ersten Betä­ tigungswelle (27) zu haltern und das zweite Rotationselement (15) an der zweiten Betätigungs­ welle (28) zu haltern.

8. Elektrisch betriebene Servo-Lenkvorrichtung, gekennzeichnet durch:
einen Drehwinkelsensor mit einem ersten Rotationselement (13) und einem zweiten Rotations­ element (15), die getrennt drehbar sind und dasselbe Rotationszentrum aufweisen, wobei jedes Rotations­ element einen Verzahnungsbereich (13b, 15b) an sei­ nem Außenumfangsbereich sowie eine Welleneinführ­ öffnung (13d, 15d) an seinem Rotationszentrum auf­ weist, wobei der Drehwinkelsensor ferner eine erste Codeplatte (17) und eine zweite Codeplatte (18) aufweist, die getrennt drehbar sind, wobei die erste Codeplatte (17) einen Verzahnungsbereich (17a) auf­ weist, der mit dem ersten Rotationselement (13) in Eingriff steht, und die zweite Codeplatte (18) einen Verzahnungsbereich (18a) aufweist, der mit dem zwei­ ten Rotationselement (15) in Eingriff steht, wobei die, erste Codeplatte (17) einen Informationsauf­ zeichnungsbereich (17b) aufweist, der sich anspre­ chend auf eine Rotation des ersten Rotationselements (13) dreht, und die zweite Codeplatte (18) einen Informationsaufzeichnungsbereich (18b) aufweist, der sich ansprechend auf eine Rotation des zweiten Rota­ tionselements (15) dreht,
durch ein erstes Detektionselement (20) zum Detek­ tieren von auf dem ersten Informationsaufzeichnungs­ bereich (17b) aufgezeichneter Information und ein zweites Detektionselement (21) zum Detektieren von auf dem zweiten Informationsaufzeichnungsbereich (18b) aufgezeichneter Information, wobei bei Rotation der ersten Codeplatte (17) und der zweiten Codeplatte (18) als Ergebnis einer Rotation des ersten Rotationselements (13) bzw. des zweiten Rotationselements (15) das erste Detektionselement (20) die Information auf der ersten Codeplatte (17) detektiert und das zweite Detektionselement (21) die Information auf der zweiten Codeplatte (18) detektiert, wodurch der Drehwinkel des ersten Rotationselements (13) und der Drehwinkel des zweiten Rotationselements (15) erfaßt werden,
wobei die elektrisch betriebene Servo-Lenkvorrich­ tung ferner eine fahrzeughandhabungsseitige Lenkwel­ leneinrichtung zum Haltern des ersten Rotationsele­ ments (13) sowie eine fahrzeugradseitige Lenkwellen­ einrichtung zum Haltern des zweiten Rotationsele­ ments (15) aufweist, wobei ein Ende der fahrzeug­ handhabungsseitigen Lenkwelleneinrichtung und ein Ende der fahrzeugradseitigen Lenkwelleneinrichtung gegeneinanderstoßen und durch ein elastisches Ele­ ment in Form eines Torsionsstabs (29) verbunden sind, und durch
einen Motor zur Verwendung als Unterstützung beim Drehen einer Handhabe (30), wobei der Drehwinkel der fahrzeughandhabenseitigen Lenkwelleneinrichtung durch das erste Detektionselement (20) detektiert wird und der Drehwinkel der fahrzeugradseitigen Lenkwelleneinrichtung durch das zweite Detektions­ element (21) detektiert wird und dadurch das Rota­ tions-Drehmoment an der ersten Betätigungswelle (27) aufgrund der Differenz zwischen dem Drehwinkel der fahrzeughandhabenseitigen Lenkwelleneinrichtung und dem Drehwinkel der fahrzeugradseitigen Lenkwellen­ einrichtung erfaßt wird und dann, wenn das Rota­ tions-Drehmoment einen vorbestimmten Wert über­ schreitet, der Motor seinen Betrieb aufnimmt und die Drehbewegung der Handhabe (30) unterstützt.