| JP2000131158 | MANUFACTURE OF TORQUE SENSOR |
| JP2009128220 | MAGNETOSTRICTIVE-TYPE TORQUE SENSOR, AND MOTOR-DRIVEN STEERING DEVICE |
| JP2001099729 | DETECTING DEVICE OF ROTATION ANGLE AND TORQUE |
MUELLER, Wolfgang-Michael (Bosch Corporation, Yokohama, 224-8501, JP)
| Ansprüche 1 . Sensoranordnung (01 ) mit mindestens zwei in axialer Richtung einer Rotationsachse (02) eines rotierenden Körpers (03) voneinander beabstandet und jeweils um den Körper (03) umlaufend angeordneten Phasenspuren (04, 05) sowie mit je Phasenspur (04, 05) wenigstens einem gegenüber dem rotierenden Körper (03) ortsfest angeordneten, die jeweilige Phasenspur (04, 05) erfassenden Sensorelement (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes einer ersten Phasenspur (04) zugeordnetes Sensorelement (1 1 , 15) mit wenigstens einem ebenfalls der ersten Phasenspur (04) zugeordneten zweiten Sensorelement (12, 16) zu mindestens einer sich in einer Draufsicht im Wesentlichen parallel zur Phasenspur (04, L) und senkrecht zur Rotationsachse (02) des rotierenden Körpers (03) erstreckenden ersten Sensorelementebrücke (09) verschaltet ist, und mindest ein einer zweiten Phasenspur (05) zugeordnetes Sensorelement (14, 17) mit zumindest einem der ersten Phasenspur (04) zugeordneten Sensorelement (13, 15) zu wenigstens einer sich in einer Draufsicht quer zu den beiden Phasenspuren (04, 05, L) erstreckenden zweiten Sensorelementebrücke (10) verschaltet ist. 2. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensorelementebrücke mit der ersten Sensorelementebrücke in einer Draufsicht einen zumindest annähernd rechten Winkel einschließt und sich die zweite Sensorelementebrücke in der Draufsicht im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Phasenspuren (04, 05, L) und parallel zur Rotationsachse (02) erstreckt. 3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der ersten Phasenspur (04) zugeordnete Sensorelement (15), mit dem das der zweiten Phasenspur (05) zugeordnete Sensorelement (17) zur zweiten Sensorelementebrücke (10) verschaltet ist, ein Sensorelement (15, 16) der ersten Sensorelementebrücke (09) ist. 4. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sensorelementebrücke (09, 10) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. 5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sensorelementebrücke (09, 10) auf einem gemeinsamen Chip (18) angeordnet sind. 6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste und die zweite Phasenspur (04, 05) auf zwei getrennten, mit dem rotierenden Körper (03) verbundenen Geberrädern angeordnet sind. 7. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Sensorelemente (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17) wenigstens einer Sensorbrücke (09, 10) Hallelemente sind, wobei die jeweils zugehörige Phasenspur (04, 05) magnetische Markierungen (N, S) umfasst. 8. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Sensorelemente (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17) wenigstens einer Sensorbrücke (09, 10) magnetoresistive Elemente, vorzugsweise GMR-Elemente, sind. 9. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere, parallel zur ersten Sensorelementebrücke (09) angeordneten Sensorelementebrücke. |
Titel
Sensoranordnung zur kombinierten Drehzahl-Drehmoment-Erfassung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur kombinierten Erfassung von Drehzahl und Drehmoment gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Zur Erfassung einer Drehzahl einer Welle, oder allgemeiner eines rotierenden Körpers, beispielsweise einer Motordrehzahl z. B. an einer Kurbelwelle, sind Sensoranordnungen bekannt, welche eine um den rotierenden Körper umlaufend angeordnete, als Phasenspur bezeichnete Maßverkörperung in Form einer Folge von sich wiederholenden, periodischen Markierungen sowie wenigstens ein gegenüber dem rotierenden Körper ortsfest angeordnetes, die Phasenspur erfassendes Sensorelement aufweisen. Das Sensorelement ist dabei sensitiv für die Markierungen der Phasenspur und erzeugt z. B. bei Passage einer Markierung und/oder beim Wechsel benachbarter Markierungen jeweils ein Sensorsignal, sodass über einen bestimmten Drehwinkel, z. B. über eine volle Umdrehung hinweg, eine bekannte Anzahl bzw. eine bekannte Folge von Sensorsignalen erzeugt wird, aus der mittels einer Auswerteeinheit unter Hinzuziehung eines Zeitsignals eine Drehzahl ermittelt bzw. auf eine solche rückgeschlossen werden kann.
Bei den Markierungen der Phasenspur kann es sich beispielsweise um optische Mar- kierungen handeln, sodass das Sensorelement z. B. Hell-Dunkel-Übergänge erfassen kann. Für denselben Zweck sind auch andere Sensorprinzipien, wie z. B. magnetisch oder kapazitiv möglich.
Die Phasenspur kann unmittelbar auf dem rotierenden Körper oder auf einem un- verdrehbar mit diesem verbundenen Element, wie z. B. einem Geberrad angeordnet sein. Als Sensorelemente finden beispielsweise Hallelemente bevorzugt Anwendung, wobei die Markierungen der Phasenspur magnetisch ausgeführt sind, z. B. als Folge abwechselnd angeordneter magnetischer Nord- und Südpole. Neben Hallelementen ist auch die Verwendung von magnetoresistiven Elementen, beispielsweise von GMR- Elementen (GMR=Giant Magnetoresistance bzw. Riesenmagnetwiderstand), bekannt.
Bei den Geberrädern sind sogenannte Multipolgeberräder bekannt, die aus einem magnetisierungsfähigen Werkstoff bestehen. Hierbei sind entsprechend den Zähnen eines Zahnrads, eines sogenannten Stahlgeberrads, wie oben beschrieben die Markierungen der Phasenspur als in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnete magnetische Nord- und Südpole aufmagnetisiert. Dabei ist sowohl bekannt, z. B. ein Geberrad aus homogenem ferromagnetischen Werkstoff, z. B. aus Stahl, herzustellen und zu magnetisieren, als auch kunststoffgebundenes magnetisierbares Material zur Herstel- lung von Geberrädern zu verwenden.
Bei der Verwendung von Hallelementen als Sensorelemente kann beispielsweise eine differenzielle Auswertung stattfinden, wobei die Differenz zwischen den Signalen zweier in Umfangsrichtung nacheinander angeordneter Hallelemente ausgewertet wird. Es sind dabei auch sogenannte Hall-ASICs an sich bekannt, die eine Magnetfeldrichtung auswerten können. Darüber hinaus ist die Verwendung zweikanaliger Differenzial- Hallelementanordnungen in Form sogenannter doppelt differenzieller Sensorelemente bekannt, mit denen neben der Drehzahl auch die Drehrichtung erfasst werden kann. Diese bestehen aus insgesamt drei Sensorelementen, wobei jeweils zwei Sensorele- mente zu antiparallel geschalteten Sensorelementebrücken verschaltet sind. Beide Sensorelementebrücken erstrecken sich dabei parallel zur in einer Draufsicht senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Laufrichtung der Phasenspur.
Ferner ist z. B. durch EP 1 861 681 B1 bekannt, wenigstens an zwei in axialer Rich- tung längs einer Rotationsachse in bekanntem Abstand voneinander liegenden Querschnitten eines rotierenden Körpers bekannter Torsionssteifigkeit jeweils eine Phasenspur umlaufend anzuordnen, um ein zwischen den beiden Querschnitten des rotierenden Körpers übertragenes Drehmoment zu bestimmen, indem ein Verdrehwinkel zwischen den beiden Querschnitten bestimmt und anhand diesem über die Torsionsstei- figkeit auf das zwischen den beiden Querschnitten anliegende Drehmoment geschlos- sen wird. Anschaulich handelt es sich bei dem Verdrehwinkel um die Drillung und bei dem Drehmoment um das angreifende Torsionsmoment.
Durch EP 1 861 681 B1 ist darüber hinaus bekannt, bei der Erfassung eines Drehwin- kels eines rotierenden Körpers eine Schrägstellung zwischen der durch die optimale Erfassung bzw. Auflösung der Passage von Markierungen am Sensorelement gegebenen Sensorspur und der in Draufsicht rechtwinklig zur Rotationsachse verlaufenden Laufrichtung der Phasenspur durch Verwendung mehrerer parallel zueinander umlaufend angeordneter Phasenspuren und einer matrixgebundenen Auswertung aller Pha- senspuren zu kompensieren.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Sensoranordnung mit wenigstens an mindestens zwei in axialer Richtung längs einer Rotationsachse in bekanntem Abstand voneinander lie- genden Querschnitten eines rotierenden Körpers bekannter Torsionssteifigkeit jeweils umlaufend angeordneten Phasenspuren vorgesehen. Die Sensoranordnung weist je Phasenspur wenigstens ein gegenüber dem rotierenden Körper ortsfest angeordnetes, die jeweilige Phasenspur erfassendes Sensorelement auf, an dem bei rotierendem Körper die jeweilige Phasenspur quer zur Rotationsachse vorbeizieht. Jedes Sensor- element erzeugt bei Passage einer Markierung und/oder beim Wechsel benachbarter Markierungen der einem Sensorelement jeweils zugeordneten Phasenspur jeweils ein Sensorsignal. Mindestens zwei einer ersten Phasenspur zugeordnete Sensorelemente sind zur Erfassung zumindest der Drehzahl des rotierenden Körpers zu mindestens einer ersten Sensorelementebrücke verschaltet. Diese erste Sensorelementebrücke erstreckt sich in einer Draufsicht im Wesentlichen parallel zur Phasenspur und im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse des rotierenden Körpers. Mindestens ein einer zweiten Phasenspur zugeordnetes Sensorelement ist mit mindestens einem der ersten Phasenspur zugeordneten Sensorelement zu wenigstens einer zweiten Sensorbrücke verschaltet, welche der Ermittlung eines zwischen den beiden Querschnitten des rotierenden Körpers übertragenen Drehmoments dient. Letzteres ist möglich, indem mittels der zweiten Sensorbrücke ein Verdrehwinkel zwischen den beiden Querschnitten bestimmt und anhand diesem über die bekannte Torsionssteifigkeit des rotierenden Körpers auf das zwischen den beiden Querschnitten anliegende Drehmoment geschlossen wird. Hierfür erstreckt sich die zweite Sensorelementebrücke in einer Draufsicht quer zu den beiden Phasenspuren, beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Phasenspuren und parallel zur Rotationsachse des rotierenden Körpers. Die erste Sensorelementebrücke erstreckt sich somit in der Draufsicht in Laufrichtung der parallel verlaufenden Phasenspuren, genauer über der ersten Phasenspur, wohingegen sich die zweite Sensorbrücke in der Draufsicht quer, beispielsweise in einem rechten Winkel zur Laufrichtung der Phasenspuren erstreckt, sodass die erste und die zweite Sensorelementebrücke einen Winkel ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 0° und 180° einschließen. Besonders bevorzugt stehen die erste und die zweite Sensorelementebrücke senkrecht zueinander.
Die zur Erfassung der Drehzahl vorgesehene erste Sensorelementebrücke und die zur Erfassung des Drehmoments vorgesehene zweite Sensorelementebrücke werden bevorzugt digital ausgewertet. Alternativ ist auch eine analoge Auswertung einer oder beider Sensorelementebrücken denkbar.
Die Drehzahlerfassung kann außerdem doppelt differenziell z. B. durch parallele An- Ordnung zweier Sensorelementebrücken erfolgen, wodurch eine Drehrichtungserkennung möglich ist.
Die Phasenspuren können unmittelbar auf dem rotierenden Körper oder auf jeweils unverdrehbar mit diesem verbundenen Elementen, wie z. B. einem Geberrad, ange- ordnet sein. Bei den Markierungen der Phasenspuren kann es sich beispielsweise um optische Markierungen handeln, sodass das Sensorelement z. B. Hell-Dunkel- Übergänge erfassen kann. Ebenso sind auch andere Sensorprinzipien, wie z. B. magnetisch oder kapazitiv denkbar. Auch Kombinationen hiervon, die z. B. mit jeweils unterschiedlichen Sensorelementen erfasst werden können, sind denkbar. Auch können die Markierungen der Phasenspuren oder zumindest einer Phasenspur alternativ oder zusätzlich magnetisch ausgeführt sein, z. B. als Folge abwechselnd angeordneter magnetischer Nord- und Südpole, wodurch die Möglichkeit einer Verwendung von Hallelementen als Sensorelemente geschaffen wird. Hierdurch wird darüber hinaus ein ganzheitlicher Ansatz zur Erfassung von Drehzahl eines rotierenden Körpers sowie des über diesen übertragenen Drehmoments mit nur einer einzigen, in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder auf einem einzigen gemeinsamen Chip unterbringbaren Sensoranordnung geschaffen.
Vorteile der erfindungsgemäßen Sensoranordnung gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich insbesondere dadurch, dass durch die Kombination einer Erfassung von Drehzahl und Drehmoment mittels der zwei z. B. in einem rechten Winkel zueinander angeordneten Sensorbrücken es möglich ist, beide Funktionen besonders platzsparend und kostengünstig in einem Gehäuse zu integrieren. Ferner ist es beispielsweise bei Verwendung einer intelligenten elektrischen Schnittstelle möglich, beide Informationen, sowohl die Information bezüglich der Drehzahl, als auch diejenige bezüglich des Drehmoments, über nur eine Signalleitung auszugeben, wodurch es z. B. zu Kosten-, Material- und Zeiteinsparungen kommt, da nur eine elektrische Verbindungen hergestellt werden muss. Darüber hinaus ermöglicht die Sensoranordnung z. B. beim Einbau in Kraftfahrzeuge die Verwendung des Drehmoments als Regelgröße, wodurch andere, bisher notwendige Sensoren entfallen können. So kann beispielsweise mittels der Sensoranordnung die Differenz zwischen einem vom Fahrer gewünschten, z. B. durch eine Pedalstellung vorgebbaren Drehmoment und einem tatsächlich vom Motor abgegebenen Drehmoment von einem Motorsteuergerät als Regelgröße herangezogen werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das der ersten Phasenspur zugeordnete Sensorelement, mit dem das der zweiten Phasenspur zugeordnete Sensorelement zur zweiten Sensorelementebrücke verschaltet ist, ein Sensorelement der ersten Sensorelementebrücke ist. Hierdurch werden zur zuverlässigen Erfassung von Drehzahl und Drehmoment gerade einmal drei für die Markierun- gen der Phasenspuren sensitive Sensorelemente benötigt, wodurch die Sensoranordnung besonders kostengünstig und kompakt aufgebaut werden kann. Darüber hinaus kommt die Sensoranordnung z. B. zur Verbindung mit einer Auswerteeinheit mit nur wenigen Anschlüssen aus, beispielsweise gerade einmal vier Stück für Masse, Versorgungsspannung, Drehzahlsignal und Drehmomentsignal. Auch ist eine Ausführung denkbar, bei der beide Informationen bezüglich Drehzahl und Drehmoment über eine gemeinsame Signalleitung ausgegeben werden.
Die erste und die zweite Sensorelementebrücke kann in einem gemeinsamen Gehäuse zu einem Sensor angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich können die erste und die zweite Sensorelementebrücke auf einem gemeinsamen Chip zu einem sehr kompakten Sensorchip angeordnet sein.
Zumindest die erste und die zweite Phasenspur können auf zwei getrennten, mit dem rotierenden Körper verbundenen Geberrädern angeordnet sein. Ebenso ist denkbar, dass nur eine Phasenspur auf einem Geberrad angeordnet ist, und die andere Pha- senspur direkt auf dem rotierenden Körper angeordnet oder aufgebracht ist. Als Geberrädern können eingangs beschriebene Multipolgeberräder zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise sind zumindest die Sensorelemente wenigstens einer Sensorbrücke Hallelemente, wobei die jeweils zugehörige Phasenspur magnetische Markierungen umfasst, z. B. eine Folge abwechselnd angeordneter magnetischer Nord- und Südpole.
Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass zumindest die Sensorelemente wenigstens einer Sensorbrücke magnetoresistive Elemente (z. B. GMR; Giant Magnetoresistance bzw. Riesenmagnetwiderstand) sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung umfasst zumindest eine weitere, parallel zur ersten Sensorelementebrücke angeordnete Sensorelementebrücke, beispielsweise bestehend aus einem dritten, der ersten Phasenspur zugeordneten Sensorelement und einem ebenfalls der ersten Phasenspur zugeordneten vierten Sensorelement. Alternativ ist denkbar, die weitere Sensorelementebrücke durch Verschaltung eines Sensorelements der ersten Sensorelementebrücke mit einem dritten Sensorelement herzustellen. Die weitere Sensorelementebrücke ermöglicht gemeinsam mit der ersten Sensorelementebrücke neben der Er- fassung der Drehzahl auch die Erfassung der Drehrichtung des rotierenden Körpers. Hierbei können die erste und die weitere Sensorelementebrücke beispielsweise eine eingangs beschriebene Differenzial-Sensorelementeanordnung in Form sogenannter doppelt differenzieller Sensorelemente bilden. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung mit zwei in axialer Richtung einer Rotationsachse voneinander beabstandet um einem rotierenden Körper umlaufend angeordneten Phasenspuren in perspektivischer Ansicht.
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Abwicklung der beiden Phasenspuren der Sensoranordnung aus Fig.1 in einem drehmomentfreien Zustand mit darin schematisch dargestellter Anordnung einer ersten und zweiten Sensorelementebrücke in einer Draufsicht.
Fig. 3 die Darstellung aus Fig.2 in einem drehmomentbelasteten Zustand.
Fig. 4 Diagramme mit darin schematisch dargestellten Verläufen der Signale der Sensorelemente der zweiten Sensorelementebrücke (Fig. 4a und b) sowie der Differenz der Signale (Fig. 4c) im nahezu drehmomentfreien Zustand über einen Beobachtungszeitraum hinweg.
Fig. 5 Diagramme mit darin schematisch dargestellten Verläufen der Signale der Sensorelemente der zweiten Sensorelementebrücke (Fig. 5a und b) sowie der Differenz der Signale (Fig. 5c) im drehmomentbelasteten Zustand über einen Beobachtungszeitraum hinweg.
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Sensors mit erster und zweiter Sensorelementebrücke gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Sensors mit erster und zweiter Sensorelementebrücke gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine in den Fig. 1 bis Fig. 3 in ihrem Aufbau ganz oder zum Teil dargestellte Sensoranordnung 01 weist zwei Phasenspuren 04, 05 auf, welche an zwei voneinander in einem bekannten Abstand in axialer Richtung längs einer Rotationsachse 02 eines rotierenden Körpers 03 liegenden Querschnitten 06, 07 jeweils um den rotierenden Körper 03 umlaufend angeordnet sind. Jede der Phasenspuren 04, 05 besteht aus einer Folge periodisch abwechselnd angeordneter Markierungen N, S, beispielsweise periodisch abwechselnder magnetischer Nord- und Südpole.
Der rotierende Körper 03 hat eine bekannte, auch als Verwindungssteifigkeit bezeichnete Torsionssteifigkeit, welche sich aus dem Produkt des polaren Flächenträgheitsmoments der Geometrie des rotierenden Körpers 03 und des Schubmoduls des Werkstoffes des rotierenden Körpers 03 ergibt. Die Phasenspuren 04, 05 können beispielsweise auf zwei die beiden Querschnitte 06, 07 repräsentierenden Geberrädern angeordnet sein, die beispielsweise durch eine geeignete Welle oder Torsionsfeder mit geeigneter Torsionssteifigkeit bzw. Torsionsfe- dersteifigkeit miteinander verbunden sind.
Darüber hinaus weist die Sensoranordnung 01 einen Sensor 08 auf, bestehend aus gegenüber dem rotierenden Körper 03 ortsfest angeordneten Sensorelementen 1 1 , 12, 13, 14 (Fig. 2, 3 und 6) bzw. 15, 16, 17 (Fig. 7). Jedes Sensorelement 1 1 , 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17 ist jeweils einer Phasenspur 04, 05 zugeordnet, sodass bei rotieren- dem Körper 03 die jeweilige Phasenspur 04, 05 quer zur Rotationsachse an dem Sensorelement 1 1 , 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17 vorbeizieht. Die Sensorelemente 1 1 , 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17 sind dabei sensitiv für die Markierungen N, S, oder für einen Wechsel der Markierungen N, S, sodass jedes Sensorelement 1 1 , 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17 bei Passage einer Markierung N, S und/oder beim Wechsel benachbarter Markierun- gen N, S der einem Sensorelement 1 1 , 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17 jeweils zugeordneten Phasenspur 04, 05 jeweils ein Sensorsignal erzeugt.
Die Sensorelemente 1 1 , 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17 sind in dem Sensor 08 zu jeweils zwei in einem vorzugsweise rechten Winkel zueinander angeordneten Sensorelemen- tebrücken 09, 10 verschaltet.
Wichtig ist hervorzuheben, dass die Sensorelementebrücken 09, 10 der Sensoranordnung 01 grundsätzlich in jedem von einem ganzzahligen Vielfachen von 0° und 180° unterschiedlichen Winkel angeordnet sein können, um Drehzahl und Drehmoment gleichzeitig zu erfassen. Ein eingeschlossener Winkel von 90° zwischen den beiden Sensorelementebrücken 09, 10 ist nicht zwingend erforderlich.
Bei dem in den Fig. 2, 3 und 6 dargestellten Sensor 08 sind zwei der ersten Phasenspur 04 zugeordnete Sensorelemente 1 1 , 12 zu einer ersten Sensorelementebrücke 09 verschaltet, und jeweils ein der ersten Phasenspur 04 zugeordnetes Sensorelement 13 und ein der zweiten Phasenspur 05 zugeordnetes Sensorelement 14 zu einer zweiten Sensorelementebrücke 10 verschaltet. Die erste Sensorelementebrücke 09 erstreckt sich in einer Draufsicht (z. B. Fig. 2 und 3) parallel zu den beiden Phasenspuren 04, 05 entsprechend parallel zur Laufrichtung L der Phasenspuren 04, 05, sowie senkrecht zur Rotationsachse 02 des rotierenden Körpers 03. Die zweite Sensorelementebrücke 10 erstreckt sich in der Draufsicht beispielsweise senkrecht zu den beiden Phasenspu- ren 04, 05 und parallel zur Rotationsachse 02 des rotierenden Körpers 03, sodass sie die beiden Phasenspuren 04, 05 im rechten Winkel überbrückt. Die erste Sensorelementebrücke 09 ist so zur Bestimmung der Drehzahl des rotierenden Körpers 03 geeignet, wobei die zweite Sensorelementebrücke 10 zur Bestimmung eines zwischen den beiden Querschnitten 06, 07 über den rotierenden Körper 03 übertragenes Drehmoment geeignet ist, wie nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 5 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt hierzu schematisch einen drehmomentfreien Zustand, in dem zwischen den Querschnitten 06, 07 des rotierenden Körpers 03 kein Drehmoment übertragen wird, sowie Fig. 3 einen drehmomentbelasteten Zustand, in dem zwischen den Querschnitten 06, 07 des rotierenden Körpers 03 ein maximales Drehmoment übertragen wird. Die Fig. 4 und 5 zeigen die Verläufe der Signale GR1 , GR2 der beiden zu der zweiten Sensorbrücke 10 verschalteten Sensorelemente 13, 14 über einen entlang der Abszisse gedanklich fortschreitenden Beobachtungszeitraum. Die Signale sind proportional einem Magnetfeld B von beispielsweise als magnetische Nord- und Südpole ausgebildeten Markierungen N, S, weshalb die Ordinate symbolisch mit dem Symbol B für die magnetische Feldstärke versehen ist.
Liegt kein oder annähernd kein Drehmoment zwischen den beiden Querschnitten 06, 07 am rotierenden Körper 03 an, verlaufen die Signale GR1 (Fig. 4a)) und GR2 (Fig. 4b)) der Sensorelemente 13, 14 der zweiten Sensorelementebrücke 10 wie in Fig. 4 dargestellt phasengleich, da auch die Markierungen N, S der beiden Phasenspuren 04, 05 jeweils auf gleicher Höhe zueinander die Sensorelemente 13, 14 der zweiten Sensorelementebrücke 10 passieren. Dies ändert sich mit zunehmendem Drehmoment, wie in Fig. 5 für ein maximales Drehmoment dargestellt. Bei maximalem Drehmoment verlaufen die beiden Signale GR1 (Fig. 5a)) und GR2 (Fig. 5b)) genau phasenversetzt, da nunmehr die Markierungen N, S der beiden Phasenspuren 04, 05 jeweils versetzt zueinander die Sensorelemente 13, 14 der zweiten Sensorelementebrücke 10 passieren.
Die unter den Verläufen der Signale GR1 (Fig. 4 a) und b)) und GR2 (Fig. 5 a) und b)) in den Fig. 4 c) und Fig. 5 c) dargestellte Differenz AB=GR2-GR1 der beiden Signale GR1 und GR2 bzw. die maximale Amplitude dieser Differenz liefert somit ein Maß für die gegenseitige Verdrehung der beiden Querschnitte 06, 07 zueinander. Bei bekann- ter Torsionssteifigkeit des rotierenden Körpers 03, bekanntem Abstand zwischen den beiden Querschnitten 06, 07 sowie bei bekanntem Schubmodul des Materials, aus dem der rotierende Körper 03 hergestellt ist, kann damit anhand der Differenz ΔΒ der beiden Signale GR1 und GR2 unmittelbar auf das zwischen den beiden Querschnitten 06, 07 des rotierenden Körpers 03 über diesen übertragene Drehmoment rückgeschlossen werden.
In den Fig. 6 und 7 sind zwei Ausführungsalternativen für den Aufbau der beiden Sensorelementebrücken 09, 10 eines Sensors 08 beispielsweise auf einem gemeinsamen Chip 18 dargestellt. Die in Fig. 6 dargestellte Variante sieht vor, jede der beiden Sensorelementebrücken 09, 10 mittels eigener, beispielsweise auf dem Chip 18 ausgebildeter Sensorelemente 1 1 , 12 bzw. 13, 14 aufzubauen. Hierbei ist ein erstes, der ersten Phasenspur 04 zugeordnetes Sensorelement 1 1 mit einem ebenfalls der ersten Phasenspur 04 zugeordneten zweiten Sensorelement 12 zur ersten, zur Drehzahlbestimmung vorgesehenen und vorzugsweise nahezu parallel zur Laufrichtung L der ersten Phasenspur 04 bzw. der beiden Phasenspuren 04, 05 verlaufenden Sensorelementebrücke 09 verschaltet. Ein der zweiten Phasenspur 05 zugeordnetes Sensorelement 14 ist mit einem der ersten Phasenspur 04 zugeordneten Sensorelement 13 zu der zweiten, sich senkrecht zur Laufrichtung L der beiden Phasenspuren 04, 05 erstreckenden und die beiden Pha- senspuren 04, 05 überbrückenden Sensorelementebrücke 10 verschaltet, welche zur Drehmomentbestimmung vorgesehen ist.
Die in Fig. 7 dargestellte Variante kommt demgegenüber mit lediglich drei beispielsweise auf einem gemeinsamen Chip 18 angeordneten Sensorelementen 15, 16, 17 aus. Hierbei ist vorgesehen, ebenfalls ein erstes, der ersten Phasenspur 04 zugeordnetes Sensorelement 15 mit einem ebenfalls der ersten Phasenspur 04 zugeordneten zweiten Sensorelement 16 zur ersten, zur Drehzahlbestimmung vorgesehenen und parallel zur Laufrichtung L der ersten Phasenspur 04 bzw. beider Phasenspuren 04, 05 verlaufenden Sensorelementebrücke 09 zu verschalten. Anders jedoch als in Fig. 6 dargestellt, ist hierbei jedoch vorgesehen, ein der zweiten Phasenspur 05 zugeordnetes Sensorelement 17 mit dem der ersten Phasenspur 04 zugeordneten und mit dem Sensorelement 16 zur ersten Sensorelementebrücke 09 verschalteten ersten Sensorelement 15 zur zweiten Sensorelementebrücke 10 zu verschalten, sodass das erste Sensorelement 15 sowohl Bestandteil der ersten Sensorelementebrücke 09, als auch der vorzugsweise in einem rechten Winkel zu dieser verlaufenden zweiten Sensorelementebrücke 10 ist. Bei sämtlichen in den Fig. 2, 3 und 6, 7 dargestellten Ausführungsvarianten des Sensors 08 können die Sensorelemente 1 1 , 12, 13, 14, bzw. 15, 16, 17 der beiden Sensorelementebrücken 09, 10 in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise in Form eines eigenen ASIC-Gehäuses (ASIC; Application Specific Integrated Circuit) und/oder auf einem gemeinsamen Chip 18 und/oder innerhalb eines gemeinsamen Sensorgehäuses angeordnet sein.
Wichtig ist hervorzuheben, dass die beiden Querschnitte 06, 07 auch durch beispielsweise auf einer Welle voneinander beabstandet angeordnete Geberräder repräsentiert werden können. Die Welle bildet hierbei den rotierenden Körper 03 mit bekannter Tor- sionssteifigkeit. Die Laufrichtung L der Phasenspuren 04, 05 entspricht dann der Laufrichtung der Geberräder.
Bevorzugt kommen Hallelemente als Sensorelemente in Frage, wobei die Markierungen N, S der beiden Phasenspuren 04, 05 dann wie bereits beschrieben als periodisch abwechselnd angeordnete magnetische Nord- und Südpole ausgebildet sind. Ebenso ist die Verwendung von magnetoresistiven Elementen, beispielsweise GMR- Elementen, denkbar.
Next Patent: IMPACT-RESISTANT POLYOLEFIN COMPOSITIONS