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WO2012004064A1 - Device and method for detecting a torque - Google Patents

Device and method for detecting a torque Download PDF

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Publication number
WO2012004064A1
WO2012004064A1 PCT/EP2011/059075 EP2011059075W WO2012004064A1 WO 2012004064 A1 WO2012004064 A1 WO 2012004064A1 EP 2011059075 W EP2011059075 W EP 2011059075W WO 2012004064 A1 WO2012004064 A1 WO 2012004064A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
shaft
sleeve
base
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/059075
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ronny Ludwig
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2012004064A1 publication Critical patent/WO2012004064A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a torque and a corresponding manufacturing method.
  • the sensor arrangement comprises at least one magnetically sensitive sensor element with the magnetic field information of a
  • Magnetic circuit can be evaluated, which is rotatable relative to the sensor element in particular due to a torque acting on a torsion bar.
  • Flux rings present which have axially extending, non-interlocking teeth with which the magnetic flux between a Magnetpolrad and the sensor element can be influenced.
  • the flux rings are formed such that the sensor element and the magnetic pole wheel are located between the smaller diameter inner flux ring and the larger diameter outer flux ring.
  • the device for detecting a torque defined in claim 1 comprises a base, at least one region for fixing the device, in particular on a shaft, a strain-sensitive measuring structure, measuring means for generating a measurement signal based on a change in the shape and / or position of the measuring structure and means for Transmitting the measurement signal.
  • the method defined in claim 9 for producing a device for measuring a torque comprises the steps of arranging at least one strain-sensitive measuring structure on a base, arranging measuring means for generating a measurement signal based on a change of shape and / or position of the measurement structure on the base, arranging means for transmitting the measurement signal to the base.
  • Claim 12 defines a use of a device according to at least one of claims 1-8 for detecting a torque.
  • the device defined in claim 1, the method defined in claim 9 for producing a device for detecting a torque as well as the use defined in claim 12 have the advantage that the device can be made very small and compact. Next is the production of the device
  • the measuring means may comprise a Wheatstone bridge.
  • the measuring structure is mechanically structured and in particular comprises recesses and / or a bending beam.
  • the advantage here is that the measuring structure can be manufactured and arranged easily, inexpensively and in a space-saving manner.
  • the base is sleeve-shaped.
  • the advantage of this is that the base can be easily pushed onto a shaft and reliably connected to it.
  • the measuring structure is substantially meandered and / or bar-shaped.
  • the advantage of this is that larger structures sensitive to expansion can be realized with correspondingly little space, that is, the accuracy of the detection of a torque is thereby further increased overall.
  • According to a further preferred embodiment of the invention are means for
  • the device has a radially projecting edge region, wherein at least partially the measuring means and / or the means for transmitting the measuring signal are arranged on the edge region.
  • the advantage here is that it uses the radially projecting edge region for the arrangement of further components, for example, means for transmitting the measurement signal, so that an improved transmission of the measurement signals or energy is possible.
  • the flexibility of the device is thus increased overall.
  • a further advantage here is that the measuring means and / or the means for transmitting the measuring signal are thus spaced from the measuring structure, so that the latter can be arranged optimally without restrictions by the measuring means or the means for transmitting, in particular, in an arrangement and / or training the measurement structure must be considered. Overall, this further increases the flexibility and reliability of the device.
  • the device comprises a housing in which in particular further means for non-contact transmission of signals are arranged.
  • the advantage hereby is that it protects the means for measuring the physical quantity, the means for providing a signal and the means for the contactless transmission in particular through the housing, which considerably increases the accuracy, reliability and service life of the device.
  • the arrangement of measuring means on the basis comprises the steps: arranging measuring means, in particular a Wheatstone bridge, on a substrate, preferably a steel substrate, singulating at least one module comprising the measuring means and a part of the substrate, Setting the module on the base, contacting the module, in particular by means of wire bonding.
  • a shaft according to claim 1 1 has the advantage that so that the shaft together
  • Screw connection connected to a steering shaft of a vehicle or in a
  • Steering linkage is integrable. Such integration in a steering linkage can be done for example in the passenger compartment of the vehicle as an immediate coupling element to the steering wheel or as a coupling element on a joint or in the engine compartment of the vehicle as an immediate coupling element to the steering gear.
  • FIG. 1 a a device according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 1b a device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2a, b, c, d a device according to the first embodiment of the present invention
  • Fig. 3a, b, c is a representation of the surface of the base of the device according to the first embodiment of the present invention shown in Figure 1 in loaded and unloaded states.
  • Fig. 5 is a block diagram of an apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6a, b, c a device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 7 shows a shaft with a device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8a, b a device according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 9 shows a part of a device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a device according to a first embodiment of the present invention in perspective view.
  • reference numeral 1 denotes a torque detecting device according to the present invention.
  • the device comprises a base in the form of a sleeve 2, made in particular of metal, preferably steel.
  • the sleeve 2 is mechanically prestructured. In the embodiment shown in FIG. 1, one is substantially
  • Measuring structure in the form of rectangular recesses 4 and a bending beam 5 'arranged in the sleeve 2, which extend partially on the peripheral surface of the sleeve 2.
  • the sleeve 2 is pushed onto a shaft W and connected thereto by means of welding points 3a in end regions 3 of the sleeve 2 with the shaft W.
  • welding points 3a in end regions 3 of the sleeve 2 with the shaft W.
  • the shaft W has in the region of the sleeve 2 a taper W a (shown in Fig. 2c), so that the sleeve 2 and shaft W essentially form a torsion bar.
  • the taper W a of the shaft W serves to obtain a precisely defined torsion.
  • Total torsion is thus determined by the shaft W, the taper W a and the fixed to the shaft W device 1.
  • a Wheatstone bridge 5 is arranged, which is arranged on the one hand on the bending beam 5 'and on the other hand via an electronic component 1 1 (shown in Fig. 3) is connected to a first coil 6a.
  • the first coil 6a comprises windings which are arranged parallel to the axis of the sleeve 2 or the shaft W on the sleeve 2 below the end region 3 and above the recesses 4.
  • a second coil 6b is additionally shown in schematic form, which is arranged on the radially outer side of the first coil 6a and spaced therefrom. Both coils 6a and 6b interact inductively for non-contact transmission of signals.
  • the second coil 6b is furthermore connected to a voltage source 8 via lines 7 and to an evaluation unit (not shown in FIG. 1b) for evaluating a signal S of the Wheatstone bridge 5 processed in the electronic module for detecting a torque.
  • the second coil 6b can receive an electrical signal S of the Wheatstone bridge 5, which is transmitted through the coil 6a, and to an evaluation unit
  • an energy signal can also be transmitted from the energy source 8 via the lines 7 and further via the coil 6b to the coil 6a and thus to the Wheatstone bridge 5 on the bending beam 5 ', so that in this way a separate energy supply of the Wheatstone Bridge 5 can be omitted.
  • the Wheatstone bridge 5 is strain-sensitive, it is in surface technology by means of chemical
  • At least one electronic component 1 1 (not shown in FIG. 1) is arranged on the sleeve 2, which comprises a logic circuit 1 1 c, an analog-digital converter 11 b, a high-frequency modulator 11 d, or demodulator, in order to generate electrical signals S, which are particularly high-frequency modulated and digital to transmit without contact.
  • the size of the device is essentially only by the dimensions of the sleeve 2, arranged on the sleeve 2 Wheatstone bridge 5, the electronic module 1 1, etc., and by a not shown in Fig.
  • Fig. 2 shows a device according to the first embodiment of the present invention according to Fig.1 in transverse and plan views.
  • FIG. 2a is a schematic representation in detail a representation of FIG. 1 b shown.
  • the windings of the coil 6b are arranged in a housing 9 which completely surrounds the sleeve 2.
  • About the coils 6a, 6b is analogous to the principle of a transformer electrical energy and also a digitally modulated
  • the signal S is an electrical signal in the form of a change of a bridge voltage, which is generated by the Wheatstone bridge 5 in a torsion of the shaft W and thus the sleeve second
  • FIG. 2b the device of FIG. 1 a is shown in the side view with a housing 9 surrounding the device.
  • the dimensions of the housing 9 are determined essentially by the shaft W and the sleeve 2 surrounding the shaft W.
  • the Housing 9 has in the region of the coil 6b radial projections 9a inwardly in the direction of the first coil 6a, so that the first coil 6a of the sleeve 2 and the second coil 6b of the housing 9 are coupled inductively in an optimal manner.
  • the housing 9 openings O through which the shaft W can pass. Housing 9 and shaft W are sealed in the region of the openings O by means of seals 10.
  • the housing 9 can be formed in one piece as well as in two parts for improved maintenance or easier assembly of the device 1 on the shaft W.
  • Fig. 2c shows in a schematic form in plan view, the shaft W with a taper W a in the central region of the shaft W. Directly adjacent to the taper W a , the two mounting portions 3 of the sleeve 2 are arranged.
  • FIG. 2 d shows a cross section of the device 1 according to the invention, viewed along the axis of the shaft W.
  • Radially from the inside to the outside is the structure as follows: Inside is the shaft W, on which the sleeve 2 is arranged coaxially. Coaxially on the sleeve 2, the first coil 6a is arranged.
  • a space Z is arranged between the first coil 6a and the second coil 6b arranged coaxially therewith, which space separates the second coil 6b from the first coil 6a.
  • the second coil 6b is arranged on the inside of a housing 9 arranged axially to the shaft W and to the sleeve 2.
  • Fig. 3 shows a representation of the surface of the base of the device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in loaded and
  • Fig. 3a is a lateral surface of the cylindrical sleeve 2 according to the first
  • Embodiment of the present invention shown in plan view.
  • the lateral surface of the sleeve 2 is oriented so that it corresponds to a lateral surface of a sleeve 2, which is arranged on a perpendicularly oriented shaft W according to FIG. 2.
  • the sleeve 2 according to FIG. 3a to 3c in its upper and lower region in each case three welding points 3a with which the sleeve 2 is fixed on the shaft W. Between the upper and lower three welding points 3a, the turns of the first coil 6a, which extend horizontally in FIGS. 3a to 3c, are arranged in the direction from top to bottom.
  • the first coil 6a is with a
  • Electronic module 1 1 electrically connected, which is also arranged on the sleeve 2.
  • the electronic component 1 1 is further connected to a Wheatstone bridge 5.
  • the Wheatstone bridge 5 is advantageously located in the region of maximum elongation and / or compression on the bending beam 5 'between two mechanical
  • recesses 4 Structuring in the form of recesses 4, which are each formed in the form of a transverse S.
  • the recesses 4 are mirror-symmetrical to each other and spaced apart from each other, so that the Wheatstone bridge 5 between two vertically arranged legs 4-i, 4 2 of the recesses 4 is arranged. Between these two legs 4-i, 4 2 , a bending bar 5 'is formed, so that the
  • Wheatstone Bridge 5 can measure changes or displacements or other mechanical loads on the bending beam 5 '.
  • Evaluation unit 13 is transmitted, which evaluates the corresponding torsion based on the transmitted signal S.
  • the bending beam 5 ' can only be moved or bent so far, to opposite inner sides of the recess 4 abut each other. In this way, a stop A 2 is formed, that is, the opposite and internal vertical
  • Fig. 3b the now unloaded state is shown, whereas in Fig. 3c corresponding to Fig. 3a, a torsion of the sleeve 2 is shown in a direction R 2 , which is opposite to the direction R- ⁇ the torsion of FIG. 3a.
  • FIGS. 4a to 4d show illustrations of the device according to the first embodiment of the present invention with different mechanical measuring structures.
  • FIGS. 4a to 4d show various measuring structures in the form of mechanical structuring or recesses 4 with bending bars 5 'of the sleeve 2, otherwise the structure of the sleeve 2 essentially corresponds to the sleeve 2 according to FIGS. 3a to 3c.
  • the various measuring structures according to FIGS. 4a-4d serve for a mechanical strain relief of the bending beam 5 'when the torsion is applied.
  • the substantially S-shaped recess 4 of FIG. 4a has a sleeve projection 12 which extends in the vertical direction and is arranged in the lower region of the legs 4-i, 4 2 of the recess 4 is. Protruding into the projection, the bending beam 5 'is formed, which is essentially circular in the region of the projection.
  • the legs 4i t 4 2 of the S-shaped recesses 4 are formed so that the bending beam 5 'arranged thereon Wheatstone bridge 5 in the vertical direction steadily but with a horizontal offset in Fig. 4b to the right and thus a mirror symmetry between the legs 4-i and 4 2 is no longer present.
  • Fig. 4b the legs 4i t 4 2 of the S-shaped recesses 4 are formed so that the bending beam 5 'arranged thereon Wheatstone bridge 5 in the vertical direction steadily but with a horizontal offset in Fig. 4b to the right and thus a mirror symmetry between the legs 4-i and 4 2 is no longer present.
  • the bending beam 5 ' is now oriented substantially in turn in the vertical direction of FIG. 4a.
  • the bending beam 5 ' has in this case in its central region two circular projections (in Fig. 4c oriented in the horizontal direction), so that the bending beam 5' is widened in its center in the horizontal direction of FIG. 4c.
  • FIG. 4d Another possible embodiment of a bending beam 5 'is shown in FIG. 4d.
  • the bending beam 5 ' has terminal widenings, in which in turn a recess is arranged.
  • the bending beam 5 'surrounding legs 4-i, 4 2 of the transverse S-shaped recesses 4 are corresponding to the shape of the
  • Region of the bending beam 5 ' formed in a quarter circle and extend in the central region of the bending beam 5' parallel to this.
  • the Wheatstone bridge 5 is arranged centrally on the bending beam 5 ', whereas the electronic component 1 1 is arranged in the region of the sleeve 2 adjacent to the leg 4-i of the recess.
  • Fig. 5 is a block diagram of an apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the measuring structure 4, 5 measures the torsions by means of a Wheatstone bridge 5.
  • the Wheatstone bridge 5 is connected to an electronic module 1 1, the signal amplifier 1 1 a, an analog-to-digital converter 1 1 b, a Logic circuit 1 1 c and a Radio frequency modulator / demodulator includes.
  • This electronic component 1 1 is connected to an inductance in the form of a first coil 6a, which is inductively coupled to a second coil 6b.
  • the second coil 6b is further connected to an evaluation unit 13, which has a power source 13a, a logic circuit 13c and a high-frequency modulator / demodulator 13d and for evaluating the transmitted signal from the Wheatstone bridge 5 for determining the torque at torsion of Shaft W or the sleeve 2 is used.
  • an evaluation unit 13 by means of the inductive coupling electrical energy to the signal amplifier 1 1 a and the Wheatstone bridge 5 and to the electronic module 1 1 transmitted for their operation, so that on the sleeve 2 no separate power source for the operation of the device must be arranged.
  • Fig. 6a to 6c shows a device according to a second embodiment of the present invention in a transverse and plan view.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the device according to the invention.
  • the sleeve 2 has a radially projecting edge region V, that is to say the sleeve 2 has a T-shaped cross-section as shown in FIG.
  • the edge region V is in the
  • the housing 9 is correspondingly T-shaped.
  • the coils 6a, 6b are arranged in printed circuit on circuit boards 14a, 14b, so that they now provide an inductive coupling K parallel to the axis of the shaft W, in contrast to the inductive one Coupling according to FIG. 2, in which the inductive coupling K is effected perpendicular to the axis of the shaft W.
  • FIG. 6b shows the edge region V of the sleeve 2 in a plan view with a viewing direction along the axis of the sleeve 2.
  • the circular edge region V in this case has recesses 15 which are used to arrange electronic components, for example the
  • Fig. 6c is further shown in a plan view from above of FIG. 6b, the first coil 6a with their windings, which is arranged on the printed circuit board 14a or printed on this.
  • Fig. 7 shows a shaft with a device according to a third embodiment of the present invention.
  • a partial wave W v is shown with a sleeve-shaped device of FIG. 2b.
  • a partial wave W v is shown in FIG. 7, ie its extent along the axis of the device 1 is only slightly greater than the corresponding extent of the device 1.
  • the partial wave W v protrudes in each case over the housing 9 in the vertical direction and has outside the housing 9 of the device 1 connections V- ⁇ , V 2 , to connect the partial wave W v to an external shaft W can.
  • the connection V-1 is, for example, a
  • Fig. 8a, b shows an apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a lateral surface of the sleeve 2 is shown analogous to FIG. 3b. As in FIG. 3b, this has welding points 3a at the upper and lower edges, with which the sleeve 2 can be fixed on a shaft. Furthermore, an electronic component 1 1 is arranged, which is electrically connected to a coil 6a. In contrast to FIG. 3b, no Wheatstone bridge 5 is arranged directly on the bending beam 5 ', but the bending beam 5' comprises a region B M , in particular in the form of a recess, in which a module M, which comprises a Wheatstone bridge 5, for example , is definable. For this purpose, the area B M is provided at the upper and lower end according to Figure 8a with areas 3 M , with which a module M can be fixed to the sleeve, for example by means
  • Fig. 8b the arrangement of a Wheatstone bridge 5 is now shown on a corresponding module M.
  • the module M is set in the area B M on the bending beam 5 '.
  • the module M comprises a Wheatstone bridge 5 and four contacts in the form of bond pads K M , which correspond to the corresponding contacts K. Between the contacts K, K M a fixing area 3 M is arranged.
  • the contacts K, K M become Therefore electrically connected by wire bonding D electrically. Subsequently, the module M together with wire bonds and contacts K M , K can be passivated to protect against environmental influences.
  • Fig. 9 shows a part of an apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9a shows in detail a module M according to FIG. 8b.
  • the module M comprises a Wheatstone bridge 5 with four resistors W- 1 , W 2 , W 3 , W 4 .
  • the Wheatstone bridge 5 is connected to the four contacts of the module K M via corresponding lines.
  • the resistors W- 1 , W 2 , W 3 , W 4 are piezo-resistive and are in
  • the resistors W- 1 , W 2 , W 3 , W 4 are made of NiCrSi, for example, and have a meandering design.
  • FIG. 9b shows a cross-section of the module according to FIG. 9a.
  • the fixing areas 3 M of the module M are shown on a sleeve 2, whereas in the middle of the module M the Wheatstone bridge 5 is arranged.
  • Fig. 10 shows a part of a method of manufacturing a device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • reference numeral 20 denotes a steel suberbtrate.
  • a multiplicity of modules M are now applied to the steel substrate 20 in thin-film technology analogously to the production of wafers in the semiconductor industry.
  • the individual modules M are separated from one another by regions Ti, T 2 .
  • regions Ti, T 2 then takes place a separation of the modules M by means of laser, sawing, erosion or the like.
  • the invention has the following advantages: On the one hand, the device requires little installation space due to the application of the measuring structures with already known and proven methods, such as, for example, the chemical

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Abstract

The invention relates to a device for detecting a torque (1) and comprises a base (2), at least one region for immobilizing the device, especially on a shaft (w), an extension-sensitive measuring structure (4), measuring means for generating a measurement signal (5) based on the change in shape and/or position of the measuring structure, and means (6a, 6b) for transmitting the measurement signal. The invention also relates to a corresponding method of production and a corresponding use.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung eines Drehmoments  Device and method for detecting a torque
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehmoments sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren. The invention relates to a device for detecting a torque and a corresponding manufacturing method.
Derartige Vorrichtungen bzw. ein derartiges Verfahren werden unter anderem in Such devices or such a method are inter alia in
Kraftfahrzeugen eingesetzt, um ein Drehmoment an einer drehbaren Welle, Motor vehicles used to generate torque on a rotatable shaft,
beispielsweise an einer Lenkstange oder Lenkwelle, zu ermitteln. For example, on a handlebar or steering shaft to determine.
Aus der DE 2005 01 1 196 A1 ist eine Sensoranordnung zur Erfassung eines From DE 2005 01 1 196 A1 is a sensor arrangement for detecting a
Differenzwinkels bekannt geworden. Die Sensoranordnung umfasst zumindest ein magnetempfindliches Sensorelement mit dem Magnetfeldinformationen eines Difference angle has become known. The sensor arrangement comprises at least one magnetically sensitive sensor element with the magnetic field information of a
Magnetkreises auswertbar sind, der insbesondere aufgrund eines auf einen Torsionsstab wirkenden Drehmomentes relativ zum Sensorelement verdrehbar ist. Hierzu sind  Magnetic circuit can be evaluated, which is rotatable relative to the sensor element in particular due to a torque acting on a torsion bar. These are
Fluxringe vorhanden, die axial verlaufende, nicht ineinander greifende Zähne aufweisen mit denen der magnetische Fluss zwischen einem Magnetpolrad und dem Sensorelement beeinflussbar ist. Die Fluxringe sind derart ausgebildet, dass sich das Sensorelement und das Magnetpolrad zwischen dem auf einem kleineren Durchmesser liegenden inneren Fluxring und dem auf einem größeren Durchmesser liegenden äußeren Fluxring befinden. Flux rings present, which have axially extending, non-interlocking teeth with which the magnetic flux between a Magnetpolrad and the sensor element can be influenced. The flux rings are formed such that the sensor element and the magnetic pole wheel are located between the smaller diameter inner flux ring and the larger diameter outer flux ring.
Zwar weisen diese Sensorelemente eine hohe Winkelauflösung auf, jedoch ist die Although these sensor elements have a high angular resolution, but is the
Herstellung derartiger Sensoranordnungen beziehungsweise -elemente teuer und kompliziert. So müssen beispielsweise die für eine Leitung des magnetischen Flusses notwendigen metallischen Flussleitelemente mit hoher Positionsgenauigkeit zum magnetischen Fluss ausgerichtet werden und müssen diese Position auch während ihrer gesamten Lebenszeit einhalten. Offenbarung der Erfindung Production of such sensor arrangements or elements expensive and complicated. For example, the metallic flux directors necessary for conducting the magnetic flux must be aligned with high positional accuracy for the magnetic flux and must also maintain this position throughout their lifetime. Disclosure of the invention
Die in Anspruch 1 definierte Vorrichtung zur Erfassung eines Drehmoments umfasst eine Basis, zumindest einen Bereich zur Festlegung der Vorrichtung, insbesondere auf einer Welle, eine dehnungssensible Messstruktur, Messmittel zur Erzeugung eines Messsignals anhand einer Änderung der Form und/oder Position des Messstruktur sowie Mittel zum Übertragen des Messsignals. Das in Anspruch 9 definierte Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Messung eines Drehmoments, insbesondere gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -8, umfasst die Schritte Anordnen zumindest einer dehnungssensiblen Messstruktur an einer Basis, Anordnen von Messmitteln zur Erzeugung eines Messsignals anhand einer Änderung der Form und/oder Position des Messstruktur an der Basis, Anordnen von Mitteln zum Übertragen des Messsignals an der Basis. The device for detecting a torque defined in claim 1 comprises a base, at least one region for fixing the device, in particular on a shaft, a strain-sensitive measuring structure, measuring means for generating a measurement signal based on a change in the shape and / or position of the measuring structure and means for Transmitting the measurement signal. The method defined in claim 9 for producing a device for measuring a torque, in particular according to at least one of claims 1 -8, comprises the steps of arranging at least one strain-sensitive measuring structure on a base, arranging measuring means for generating a measurement signal based on a change of shape and / or position of the measurement structure on the base, arranging means for transmitting the measurement signal to the base.
In Anspruch 1 1 ist eine Welle mit einer Vorrichtung gemäß zumindest einem der In claim 1 1 is a shaft with a device according to at least one of
Ansprüche 1 -8 definiert, wobei die Vorrichtung auf zumindest einem Teilabschnitt der Welle festgelegt ist und die Welle Mittel zum Anschluss an eine externe Welle (W) umfasst. Claims 1 -8 defined, wherein the device is fixed on at least a portion of the shaft and the shaft comprises means for connection to an external shaft (W).
In Anspruch 12 ist eine Verwendung einer Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -8 zur Erfassung eines Drehmoments definiert. Vorteile der Erfindung Claim 12 defines a use of a device according to at least one of claims 1-8 for detecting a torque. Advantages of the invention
Die in Anspruch 1 definierte Vorrichtung, das in Anspruch 9 definierte Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Erfassung eines Drehmoments sowie die in Anspruch 12 definierte Verwendung weisen den Vorteil auf, dass die Vorrichtung sehr klein und kompakt ausgeführt werden kann. Weiter ist die Herstellung der Vorrichtung The device defined in claim 1, the method defined in claim 9 for producing a device for detecting a torque as well as the use defined in claim 12 have the advantage that the device can be made very small and compact. Next is the production of the device
kostengünstig. inexpensive.
Die Messmittel können dabei eine Wheatstone-Messbrücke umfassen. Damit wird ein sehr kompakter Aufbau der Vorrichtung realisiert und gleichzeitig kann die Vorrichtung sehr kostengünstig hergestellt werden, da keine teuren Bauelemente wie beispielsweise hall-integrierte Schaltungen, Flussleiter etc. verwendet werden müssen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Messstruktur mechanisch strukturiert und umfasst insbesondere Aussparungen und/oder einen Biegebalken. The measuring means may comprise a Wheatstone bridge. Thus, a very compact design of the device is realized and at the same time the device can be manufactured very inexpensively, since no expensive components such as hall-integrated circuits, flux guides, etc. must be used. According to an advantageous development of the invention, the measuring structure is mechanically structured and in particular comprises recesses and / or a bending beam.
Der Vorteil hierbei ist, dass die Messstruktur einfach, kostengünstig und platzsparend hergestellt und angeordnet werden kann. The advantage here is that the measuring structure can be manufactured and arranged easily, inexpensively and in a space-saving manner.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Basis hülsenförmig ausgebildet. Der Vorteil dabei ist, dass die Basis auf einfache Weise auf eine Welle aufgeschoben und mit ihr zuverlässig verbunden werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zumAccording to a further advantageous embodiment of the invention, the base is sleeve-shaped. The advantage of this is that the base can be easily pushed onto a shaft and reliably connected to it. According to a further preferred embodiment of the invention, the means for
Übertragen des Messsignals zum berührungslosen Übertragen ausgebildet und umfassen insbesondere induktive Mittel, vorzugsweise in Form zumindest einer Spule. Durch das berührungslose Übertragen des Messsignals ist die Vorrichtung verschleißarm. Ebenso wird damit nicht nur eine Übertragung des zur Verfügung gestellten Messsignals ermöglicht, sondern auch eine Übertragung elektrischer Energie. Durch eine induktiveTransmitting the measurement signal designed for contactless transmission and comprise in particular inductive means, preferably in the form of at least one coil. Due to the contactless transmission of the measuring signal, the device is wear-resistant. Likewise, not only a transmission of the provided measurement signal is possible, but also a transmission of electrical energy. By an inductive
Kopplung mittels der entsprechenden Mittel wird eine besonders einfache, kostengünstige berührungslose Übertragung des Messsignals bzw. der elektrischen Energie erreicht. Coupling by means of the corresponding means a particularly simple, inexpensive contactless transmission of the measurement signal or the electrical energy is achieved.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Messstruktur im Wesentlichen mäandriert und / oder balkenförmig ausgebildet. Der Vorteil hierbei ist, dass damit größere dehnungssensible Strukturen bei entsprechend wenig Bauraum realisiert werden können, das heißt, die Genauigkeit der Erfassung eines Drehmoments wird dadurch insgesamt weiter gesteigert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zur According to a further preferred development of the invention, the measuring structure is substantially meandered and / or bar-shaped. The advantage of this is that larger structures sensitive to expansion can be realized with correspondingly little space, that is, the accuracy of the detection of a torque is thereby further increased overall. According to a further preferred embodiment of the invention are means for
Vermeidung einer Überlastung der Vorrichtung angeordnet, insbesondere in Form zumindest einer Anschlagsfläche. Der Vorteil hierbei ist, dass auf einfache und kostengünstige Weise eine Überlastung der Vorrichtung vermieden werden kann, was die Lebensdauer der Vorrichtung wesentlich erhöht. Avoiding overloading of the device arranged, in particular in the form of at least one stop surface. The advantage here is that in a simple and inexpensive way, an overload of the device can be avoided, which significantly increases the life of the device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung einen radial vorstehenden Randbereich auf, wobei zumindest teilweise die Messmittel und / oder die Mittel zum Übertragen des Messsignals auf dem Randbereich angeordnet sind. Der Vorteil hierbei ist, dass damit der radial vorstehende Randbereich zur Anordnung weiterer Bauelemente genutzt wird beispielsweise von Mitteln zum Übertragen des Messsignals, so dass eine verbesserte Übertragung der Messignale oder Energie ermöglicht wird. Die Flexibilität der Vorrichtung wird damit insgesamt erhöht. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass damit die Messmittel und / oder die Mittel zum Übertragen des Messsignals von der Messstruktur beabstandet sind, so dass letztere in optimaler Weise angeordnet werden kann ohne dass Einschränkungen durch die Messmittel oder die Mittel zum Übertragen insbesondere bei einer Anordnung und / oder Ausbildung der Messstruktur berücksichtigt werden müssen. Insgesamt werden dadurch die Flexibilität und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung weiter erhöht. According to a further preferred embodiment of the invention, the device has a radially projecting edge region, wherein at least partially the measuring means and / or the means for transmitting the measuring signal are arranged on the edge region. The advantage here is that it uses the radially projecting edge region for the arrangement of further components, for example, means for transmitting the measurement signal, so that an improved transmission of the measurement signals or energy is possible. The flexibility of the device is thus increased overall. A further advantage here is that the measuring means and / or the means for transmitting the measuring signal are thus spaced from the measuring structure, so that the latter can be arranged optimally without restrictions by the measuring means or the means for transmitting, in particular, in an arrangement and / or training the measurement structure must be considered. Overall, this further increases the flexibility and reliability of the device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse, in dem insbesondere weitere Mittel zur berührungslosen Übertragung von Signalen angeordnet sind. Der Vorteil hierbei ist, dass damit die Mittel zum Messen der physikalischen Größe, die Mittel zum Bereitstellen eines Signals und die Mittel zum insbesondere berührungslosen Übertragen durch das Gehäuse geschützt werden, was die Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung erheblich steigert. According to a further preferred development of the invention, the device comprises a housing in which in particular further means for non-contact transmission of signals are arranged. The advantage hereby is that it protects the means for measuring the physical quantity, the means for providing a signal and the means for the contactless transmission in particular through the housing, which considerably increases the accuracy, reliability and service life of the device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Anordnen von Messmitteln auf die Basis die Schritte: Anordnen von Messmitteln, insbesondere einer Wheatstone-Brücke, auf einem Substrat, vorzugsweise einem Stahlsubstrat, Vereinzeln zumindest eines Moduls, umfassend die Messmittel und einen Teil des Substrats, Festlegen des Moduls auf der Basis, Kontaktieren des Moduls, insbesondere mittels Drahtbonden. Der Vorteil hierbei ist, dass damit eine Vorrichtung zur Messung eines Drehmoments noch schneller und kostengünstiger hergestellt werden kann. According to a further preferred development of the method, the arrangement of measuring means on the basis comprises the steps: arranging measuring means, in particular a Wheatstone bridge, on a substrate, preferably a steel substrate, singulating at least one module comprising the measuring means and a part of the substrate, Setting the module on the base, contacting the module, in particular by means of wire bonding. The advantage here is that a device for measuring a torque can be produced even faster and more cost-effectively.
Eine Welle gemäß Anspruch 1 1 weist den Vorteil auf, dass damit die Welle samt A shaft according to claim 1 1 has the advantage that so that the shaft together
Vorrichtung auf besonders einfache Weise, beispielsweise durch eine Device in a particularly simple manner, for example by a
Schraubverbindung, mit einer Lenkwelle eines Fahrzeugs verbunden oder in ein  Screw connection, connected to a steering shaft of a vehicle or in a
Lenkgestänge integrierbar ist. Eine solche Integration in ein Lenkgestänge kann beispielsweise im Fahrgastraum des Fahrzeugs als unmittelbares Koppelelement zum Lenkrad oder als Koppelelement an einem Gelenk oder im Motorraum des Fahrzeugs als unmittelbares Koppelelement zum Lenkgetriebe erfolgen. Steering linkage is integrable. Such integration in a steering linkage can be done for example in the passenger compartment of the vehicle as an immediate coupling element to the steering wheel or as a coupling element on a joint or in the engine compartment of the vehicle as an immediate coupling element to the steering gear.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 a eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegendenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it: Fig. 1 a, a device according to a first embodiment of the present invention
Erfindung in perspektivischer Darstellung; Invention in perspective view;
Fig. 1 b eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Fig. 1b a device according to the first embodiment of the present invention
Erfindung gemäß Fig. 1 a in schematischer Form;  Invention according to Figure 1 a in schematic form.
Fig. 2a,b,c,d eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Fig. 2a, b, c, d, a device according to the first embodiment of the present invention
Erfindung gemäß Fig.1 in Quer- und Draufsichten;  Invention according to Figure 1 in transverse and plan views;
Fig. 3a,b,c eine Darstellung der Oberfläche der Basis der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 in belasteten und unbelasteten Zuständen; Fig. 3a, b, c is a representation of the surface of the base of the device according to the first embodiment of the present invention shown in Figure 1 in loaded and unloaded states.
Fig. 4a,b,c,d Darstellungen der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit verschieden ausgebildeten Messstrukturen; 4a, b, c, d representations of the device according to the first embodiment with differently shaped measuring structures;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 is a block diagram of an apparatus according to the first embodiment of the present invention;
Fig. 6a,b,c eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Fig. 6a, b, c, a device according to a second embodiment of the present invention
Erfindung in Quer- und Draufsichten;  Invention in transverse and plan views;
Fig. 7 eine Welle mit einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 7 shows a shaft with a device according to a third embodiment of the present invention;
Fig. 8a, b eine Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Fig. 8a, b, a device according to a fourth embodiment of the present invention
Erfindung;  Invention;
Fig. 9 einen Teil einer Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; sowie 9 shows a part of a device according to the fourth embodiment of the present invention; such as
Fig. 10 einen Teil eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 10 shows a part of a method for producing a device according to the fourth embodiment of the present invention
Ausführungsformen der Erfindung In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die selben beziehungsweise funktionsgleiche Elemente. Embodiments of the invention In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung. Fig. 1 shows a device according to a first embodiment of the present invention in perspective view.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Drehmoments. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Basis in Form einer Hülse 2, hergestellt insbesondere aus Metall, vorzugsweise Stahl. Die Hülse 2 ist mechanisch vorstrukturiert. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine im WesentlichenIn Fig. 1, reference numeral 1 denotes a torque detecting device according to the present invention. The device comprises a base in the form of a sleeve 2, made in particular of metal, preferably steel. The sleeve 2 is mechanically prestructured. In the embodiment shown in FIG. 1, one is substantially
Messstruktur in Form von rechteckförmigen Aussparungen 4 und einem Biegebalken 5' in der Hülse 2 angeordnet, die sich teilweise auf der Umfangsfläche der Hülse 2 erstrecken. Die Hülse 2 ist auf eine Welle W aufgeschoben und an dieser mittels Schweißpunkten 3a in Endbereichen 3 der Hülse 2 mit der Welle W verbunden. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsarten denkbar. Measuring structure in the form of rectangular recesses 4 and a bending beam 5 'arranged in the sleeve 2, which extend partially on the peripheral surface of the sleeve 2. The sleeve 2 is pushed onto a shaft W and connected thereto by means of welding points 3a in end regions 3 of the sleeve 2 with the shaft W. Of course, other types of attachment are conceivable.
Die Welle W weist im Bereich der Hülse 2 eine Verjüngung Wa (gezeigt in Fig. 2c) auf, so dass Hülse 2 und Welle W im Wesentlichen einen Torsionsstab bilden. Die Verjüngung Wa der Welle W dient dazu, um eine exakt definierte Torsion zu erhalten. Eine The shaft W has in the region of the sleeve 2 a taper W a (shown in Fig. 2c), so that the sleeve 2 and shaft W essentially form a torsion bar. The taper W a of the shaft W serves to obtain a precisely defined torsion. A
Gesamttorsion wird somit durch die Welle W, deren Verjüngung Wa und die mit der Welle W fest verbundene Vorrichtung 1 festgelegt. Total torsion is thus determined by the shaft W, the taper W a and the fixed to the shaft W device 1.
Zwischen den rechteckförmigen Aussparungen 4 der Hülse 2 ist eine Wheatstone-Brücke 5 angeordnet, die einerseits auf dem Biegebalken 5' angeordnet ist und andererseits über einen Elektronikbaustein 1 1 (gezeigt in Fig. 3) mit einer ersten Spule 6a verbunden ist. Die erste Spule 6a umfasst dabei Windungen, die parallel zur Achse der Hülse 2 beziehungsweise der Welle W auf der Hülse 2 unterhalb des Endbereichs 3 und oberhalb der Aussparungen 4 angeordnet sind. In Fig. 1 b ist zusätzlich eine zweite Spule 6b in schematischer Form gezeigt, die auf der radialen Außenseite der ersten Spule 6a und beabstandet von dieser angeordnet ist. Beide Spulen 6a und 6b wirken dabei zum berührungslosen Übertragen von Signalen induktiv zusammen. Die zweite Spule 6b ist weiterhin mit einer Spannungsquelle 8 über Leitungen 7 verbunden sowie mit einer Auswerteeinheit (in Fig. 1 b nicht gezeigt) zur Auswertung eines im Elektronikbaustein aufbereiteten Signals S der Wheatstone-Brücke 5 zur Erfassung eines Drehmoments. Die zweite Spule 6b kann einerseits ein elektrisches Signal S der Wheatstone-Brücke 5, welches durch die Spule 6a übertragen wird, empfangen und an eine Auswerteeinheit übermitteln, gleichzeitig kann auch ein Energiesignal von der Energiequelle 8 über die Leitungen 7 und weiter über die Spule 6b zur Spule 6a und damit zur Wheatstone-Brücke 5 auf dem Biegebalken 5' übertragen werden, so dass auf diese Weise eine separate Energieversorgung der Wheatstone-Brücke 5 entfallen kann. Die Wheatstone-Brücke 5 ist dehnungssensibel, wird dabei in Oberflächentechnologie mittels chemischer Between the rectangular recesses 4 of the sleeve 2, a Wheatstone bridge 5 is arranged, which is arranged on the one hand on the bending beam 5 'and on the other hand via an electronic component 1 1 (shown in Fig. 3) is connected to a first coil 6a. The first coil 6a comprises windings which are arranged parallel to the axis of the sleeve 2 or the shaft W on the sleeve 2 below the end region 3 and above the recesses 4. In Fig. 1 b, a second coil 6b is additionally shown in schematic form, which is arranged on the radially outer side of the first coil 6a and spaced therefrom. Both coils 6a and 6b interact inductively for non-contact transmission of signals. The second coil 6b is furthermore connected to a voltage source 8 via lines 7 and to an evaluation unit (not shown in FIG. 1b) for evaluating a signal S of the Wheatstone bridge 5 processed in the electronic module for detecting a torque. On the one hand, the second coil 6b can receive an electrical signal S of the Wheatstone bridge 5, which is transmitted through the coil 6a, and to an evaluation unit At the same time, an energy signal can also be transmitted from the energy source 8 via the lines 7 and further via the coil 6b to the coil 6a and thus to the Wheatstone bridge 5 on the bending beam 5 ', so that in this way a separate energy supply of the Wheatstone Bridge 5 can be omitted. The Wheatstone bridge 5 is strain-sensitive, it is in surface technology by means of chemical
Gasphasenabscheidung aufgebracht und zusätzlich passiviert, um einen Schutz vor Umwelteinflüssen zu gewährleisten.  Deposited vapor deposition and passivated in addition, to ensure protection against environmental influences.
Weiterhin sind auf der Hülse 2 zumindest ein Elektronikbaustein 1 1 (in Fig. 1 nicht gezeigt) angeordnet, welcher eine Logikschaltung 1 1 c, einen Analogdigitalwandler 1 1 b, einen Hochfrequenzmodulator 1 1 d, beziehungsweise -demodulator umfasst, um elektrische Signale S, die insbesondere hochfrequent moduliert und digital sind, berührungslos zu übertragen. Die Größe der Vorrichtung wird im Wesentlichen nur durch die Abmessungen der Hülse 2, der auf der Hülse 2 angeordneter Wheatstone-Brücke 5, des Elektronikbausteins 1 1 , etc. und durch ein in Fig. 1 nicht gezeigtes Gehäuse 9, das ebenfalls eine zweite Spule 6b und weitere Elektronik in Form einer Auswerteeinheit 13 mit einer Energiequelle 13a, einer Logikschaltung 13c und einer Hochfrequenzmodulator bzw. -demodulator 13d und entsprechende Leiterplatten 14b umfasst, bestimmt beziehungsweise festlegt. Furthermore, at least one electronic component 1 1 (not shown in FIG. 1) is arranged on the sleeve 2, which comprises a logic circuit 1 1 c, an analog-digital converter 11 b, a high-frequency modulator 11 d, or demodulator, in order to generate electrical signals S, which are particularly high-frequency modulated and digital to transmit without contact. The size of the device is essentially only by the dimensions of the sleeve 2, arranged on the sleeve 2 Wheatstone bridge 5, the electronic module 1 1, etc., and by a not shown in Fig. 1 housing 9, which is also a second coil 6b and further electronics in the form of an evaluation unit 13 with a power source 13a, a logic circuit 13c and a high-frequency modulator or demodulator 13d and corresponding printed circuit boards 14b includes determines or determines.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig.1 in Quer- und Draufsichten. Fig. 2 shows a device according to the first embodiment of the present invention according to Fig.1 in transverse and plan views.
In Fig. 2a ist in schematischer Darstellung im Detail eine Darstellung gemäß Fig. 1 b gezeigt. Zwischen den Spulen 6a, 6b besteht zum Betrieb der Vorrichtung 1 eine induktive Kopplung K. Die Wicklungen der Spule 6b sind dabei in einem die Hülse 2 vollständig umgebenden Gehäuse 9 angeordnet. Über die Spulen 6a, 6b wird analog dem Prinzip eines Transformators elektrische Energie und ebenfalls ein digital moduliertes In Fig. 2a is a schematic representation in detail a representation of FIG. 1 b shown. There is an inductive coupling K between the coils 6a, 6b for operating the device 1. The windings of the coil 6b are arranged in a housing 9 which completely surrounds the sleeve 2. About the coils 6a, 6b is analogous to the principle of a transformer electrical energy and also a digitally modulated
elektrisches Signal S hochfrequent von der ersten Spule 6a zur zweiten Spule 6b übertragen. Das Signal S ist dabei ein elektrisches Signal in Form einer Änderung einer Brückenspannung, welches durch die Wheatstone-Brücke 5 erzeugt wird bei einer Torsion der Welle W und damit der Hülse 2. electrical signal S high-frequency transmitted from the first coil 6a to the second coil 6b. The signal S is an electrical signal in the form of a change of a bridge voltage, which is generated by the Wheatstone bridge 5 in a torsion of the shaft W and thus the sleeve second
In Fig. 2b ist die Vorrichtung gemäß Fig. 1 a in der Seitenansicht mit einem die Vorrichtung umgebenden Gehäuse 9 gezeigt. Die Abmessungen des Gehäuses 9 werden dabei im Wesentlichen durch die Welle W und die die Welle W umgebende Hülse 2 bestimmt. Das Gehäuse 9 weist im Bereich der Spule 6b radiale Vorsprünge 9a nach innen in Richtung der ersten Spule 6a auf, so dass die erste Spule 6a der Hülse 2 und die zweite Spule 6b des Gehäuses 9 in optimaler Weise induktiv gekoppelt sind. Weiterhin weist das Gehäuse 9 Öffnungen O auf, durch die die Welle W hindurchtreten kann. Gehäuse 9 und Welle W sind im Bereich der Öffnungen O mittels Dichtungen 10 abgedichtet. Das Gehäuse 9 kann dabei sowohl einteilig als auch zweiteilig für eine verbesserte Wartung oder einfachere Montage der Vorrichtung 1 auf der Welle W ausgebildet sein. In Fig. 2b, the device of FIG. 1 a is shown in the side view with a housing 9 surrounding the device. The dimensions of the housing 9 are determined essentially by the shaft W and the sleeve 2 surrounding the shaft W. The Housing 9 has in the region of the coil 6b radial projections 9a inwardly in the direction of the first coil 6a, so that the first coil 6a of the sleeve 2 and the second coil 6b of the housing 9 are coupled inductively in an optimal manner. Furthermore, the housing 9 openings O, through which the shaft W can pass. Housing 9 and shaft W are sealed in the region of the openings O by means of seals 10. The housing 9 can be formed in one piece as well as in two parts for improved maintenance or easier assembly of the device 1 on the shaft W.
Fig. 2c zeigt in schematischer Form in der Draufsicht die Welle W mit einer Verjüngung Wa im mittleren Bereich der Welle W. Direkt benachbart zu der Verjüngung Wa sind die beiden Befestigungsbereiche 3 der Hülse 2 angeordnet. Fig. 2c shows in a schematic form in plan view, the shaft W with a taper W a in the central region of the shaft W. Directly adjacent to the taper W a , the two mounting portions 3 of the sleeve 2 are arranged.
Fig. 2d zeigt mit Blickrichtung entlang der Achse der Welle W, einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Radial von innen nach außen ist dabei der Aufbau wie folgt : Im Inneren befindet sich die Welle W, auf der koaxial die Hülse 2 angeordnet ist. Koaxial auf der Hülse 2 ist die erste Spule 6a angeordnet. Damit die Welle W sich frei drehen kann, ist zwischen erster Spule 6a und koaxial hierzu angeordneter zweiter Spule 6b ein Zwischenraum Z angeordnet, der die zweite Spule 6b von der ersten Spule 6a beabstandet. Die zweite Spule 6b ist auf der Innenseite eines axial zur Welle W und zur Hülse 2 angeordneten Gehäuses 9 angeordnet. FIG. 2 d shows a cross section of the device 1 according to the invention, viewed along the axis of the shaft W. Radially from the inside to the outside is the structure as follows: Inside is the shaft W, on which the sleeve 2 is arranged coaxially. Coaxially on the sleeve 2, the first coil 6a is arranged. In order for the shaft W to rotate freely, a space Z is arranged between the first coil 6a and the second coil 6b arranged coaxially therewith, which space separates the second coil 6b from the first coil 6a. The second coil 6b is arranged on the inside of a housing 9 arranged axially to the shaft W and to the sleeve 2.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Oberfläche der Basis der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 in belasteten und Fig. 3 shows a representation of the surface of the base of the device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in loaded and
unbelasteten Zuständen. unloaded conditions.
In Fig. 3a ist eine Mantelfläche der zylinderförmigen Hülse 2 gemäß der ersten In Fig. 3a is a lateral surface of the cylindrical sleeve 2 according to the first
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht gezeigt. Die Mantelfläche der Hülse 2 ist dabei so orientiert, dass sie einer Mantelfläche einer Hülse 2 entspricht, die an einer senkrecht orientierten Welle W angeordnet ist gemäß Fig. 2. Embodiment of the present invention shown in plan view. The lateral surface of the sleeve 2 is oriented so that it corresponds to a lateral surface of a sleeve 2, which is arranged on a perpendicularly oriented shaft W according to FIG. 2.
Dementsprechend weist die Hülse 2 gemäß Fig. 3a bis 3c in ihrem oberen und unteren Bereich jeweils drei Schweißpunkte 3a auf mit denen die Hülse 2 auf der Welle W festgelegt wird. Zwischen den oberen und unteren drei Schweißpunkten 3a sind in Richtung von oben nach unten die Windungen der ersten Spule 6a, die sich in den Fig. 3a bis 3c horizontal erstrecken, angeordnet. Die erste Spule 6a ist dabei mit einem Accordingly, the sleeve 2 according to FIG. 3a to 3c in its upper and lower region in each case three welding points 3a with which the sleeve 2 is fixed on the shaft W. Between the upper and lower three welding points 3a, the turns of the first coil 6a, which extend horizontally in FIGS. 3a to 3c, are arranged in the direction from top to bottom. The first coil 6a is with a
Elektronikbaustein 1 1 elektrisch verbunden, der ebenfalls auf der Hülse 2 angeordnet ist. Der Elektronikbaustein 1 1 ist weiterhin mit einer Wheatstone-Brücke 5 verbunden. Die Wheatstone-Brücke 5 befindet sich vorteilhafterweise im Bereich maximaler Dehnung und/oder Stauchung auf dem Biegebalken 5' zwischen zwei mechanischen Electronic module 1 1 electrically connected, which is also arranged on the sleeve 2. The electronic component 1 1 is further connected to a Wheatstone bridge 5. The Wheatstone bridge 5 is advantageously located in the region of maximum elongation and / or compression on the bending beam 5 'between two mechanical
Strukturierungen in Form von Aussparungen 4, die jeweils in Form eines querliegenden S ausgebildet sind. Die Aussparungen 4 sind dabei spiegelsymmetrisch zueinander und beabstandet voneinander ausgebildet, so dass die Wheatstone-Brücke 5 zwischen zwei senkrecht angeordneten Schenkeln 4-i , 42 der Aussparungen 4 angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Schenkeln 4-i , 42 ist ein Biegebalken 5' ausgebildet, so dass die Structuring in the form of recesses 4, which are each formed in the form of a transverse S. The recesses 4 are mirror-symmetrical to each other and spaced apart from each other, so that the Wheatstone bridge 5 between two vertically arranged legs 4-i, 4 2 of the recesses 4 is arranged. Between these two legs 4-i, 4 2 , a bending bar 5 'is formed, so that the
Wheatstone-Brücke 5 Änderungen beziehungsweise Verschiebungen oder sonstige mechanische Belastungen des Biegebalkens 5' messen kann. Wheatstone Bridge 5 can measure changes or displacements or other mechanical loads on the bending beam 5 '.
Wird die Hülse 2 in Richtung R-ι (gemäß Fig. 3a von links nach rechts) tordiert, ändert sich die Form des Biegebalkens 5' auf der Hülse 2; die Wheatstone-Brücke 5 erzeugt dann ein entsprechendes Signal S, welches schließlich mittels der Spulen 6a, 6b zu einer If the sleeve 2 is twisted in the direction R-1 (according to FIG. 3a from left to right), the shape of the bending beam 5 'on the sleeve 2 changes; the Wheatstone bridge 5 then generates a corresponding signal S, which finally by means of the coils 6a, 6b to a
Auswerteeinheit 13 übertragen wird, die die entsprechende Torsion anhand des übertragenen Signals S auswertet. In Fig. 3a kann der Biegebalken 5' jedoch nur so weit verschoben beziehungsweise gebogen werden, bis gegenüberliegende innenliegende Seiten der Aussparung 4 aneinander anliegen. Auf diese Weise wird ein Anschlag A2 gebildet, das heißt die gegenüberliegenden und innenliegenden sich vertikal Evaluation unit 13 is transmitted, which evaluates the corresponding torsion based on the transmitted signal S. In Fig. 3a, however, the bending beam 5 'can only be moved or bent so far, to opposite inner sides of the recess 4 abut each other. In this way, a stop A 2 is formed, that is, the opposite and internal vertical
erstreckenden Seiten des mittleren Bereichs des querliegenden S berühren einander. Damit wird eine Überlastung der Vorrichtung 1 vermieden. extending sides of the central region of the transverse S touch each other. This overloading of the device 1 is avoided.
In Fig. 3b ist der nun unbelastete Zustand gezeigt, wo hingegen in Fig. 3c entsprechend Fig. 3a eine Torsion der Hülse 2 gezeigt ist in einer Richtung R2, die zur Richtung R-ι der Torsion gemäß Fig. 3a entgegengesetzt ist. In Fig. 3b the now unloaded state is shown, whereas in Fig. 3c corresponding to Fig. 3a, a torsion of the sleeve 2 is shown in a direction R 2 , which is opposite to the direction R-ι the torsion of FIG. 3a.
In Fig. 3c wird damit ein entsprechender Anschlag A-ι analog zu dem Anschlag A2 gebildet. Die Torsion der Hülse 2 erfolgt dabei bei den Fig. 3a bis 3c zwischen dem oberen und unteren Bereich der Hülse 2. Fig. 4a bis 4d zeigen Darstellungen der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit verschieden ausgebildeten mechanischen Messstrukturen. In Fig. 3c so that a corresponding stop A-ι analogous to the stop A 2 is formed. The torsion of the sleeve 2 takes place in FIGS. 3a to 3c between the upper and lower regions of the sleeve 2. FIGS. 4a to 4d show illustrations of the device according to the first embodiment of the present invention with different mechanical measuring structures.
In den Fig. 4a bis 4d sind verschiedene Messstrukturen in Form von mechanischen Strukturierungen beziehungsweise Aussparungen 4 mit Biegebalken 5' der Hülse 2 gezeigt, ansonsten entspricht der Aufbau der Hülse 2 im Wesentlichen der Hülse 2 gemäß den Fig. 3a bis 3c. Die verschiedenen Messstrukturen gemäß den Figuren 4a-4d dienen einer mechanischen Zugentlastung des Biegebalkens 5' bei anliegenden Torsion. FIGS. 4a to 4d show various measuring structures in the form of mechanical structuring or recesses 4 with bending bars 5 'of the sleeve 2, otherwise the structure of the sleeve 2 essentially corresponds to the sleeve 2 according to FIGS. 3a to 3c. The various measuring structures according to FIGS. 4a-4d serve for a mechanical strain relief of the bending beam 5 'when the torsion is applied.
Im Unterschied zu den Aussparungen 4 gemäß Fig. 3b weist die im Wesentlichen S- förmige Aussparung 4 der Fig. 4a einen Hülsenvorsprung 12 auf, der sich in senkrechter Richtung erstreckt und im unteren Bereich der Schenkel 4-i , 42 der Aussparung 4 angeordnet ist. In den Vorsprung hineinragend ist der Biegebalken 5' ausgebildet, der im Bereich des Vorsprungs im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist. In Fig. 4b sind die Schenkel 4it 42 der S-förmigen Aussparungen 4 so ausgebildet, dass der Biegebalken 5' mit darauf angeordneter Wheatstone-Brücke 5 in vertikaler Richtung stetig aber mit einem horizontalen Versatz in Fig. 4b nach rechts verläuft und somit eine Spiegelsymmetrie zwischen den Schenkeln 4-i und 42 nicht mehr vorliegt. In Fig. 4c ist der Biegebalken 5' nun im Wesentlichen wiederum in vertikaler Richtung gemäß Fig. 4a orientiert. Der Biegebalken 5' weist dabei in seinem mittleren Bereich zwei kreisförmige Vorsprünge auf (in Fig. 4c in horizontaler Richtung orientiert), so dass der Biegebalken 5' in seiner Mitte in horizontaler Richtung gemäß Fig. 4c verbreitert ist. In contrast to the recesses 4 according to FIG. 3b, the substantially S-shaped recess 4 of FIG. 4a has a sleeve projection 12 which extends in the vertical direction and is arranged in the lower region of the legs 4-i, 4 2 of the recess 4 is. Protruding into the projection, the bending beam 5 'is formed, which is essentially circular in the region of the projection. In Fig. 4b, the legs 4i t 4 2 of the S-shaped recesses 4 are formed so that the bending beam 5 'arranged thereon Wheatstone bridge 5 in the vertical direction steadily but with a horizontal offset in Fig. 4b to the right and thus a mirror symmetry between the legs 4-i and 4 2 is no longer present. In Fig. 4c, the bending beam 5 'is now oriented substantially in turn in the vertical direction of FIG. 4a. The bending beam 5 'has in this case in its central region two circular projections (in Fig. 4c oriented in the horizontal direction), so that the bending beam 5' is widened in its center in the horizontal direction of FIG. 4c.
Gleichzeitig ist im Inneren dieser Verbreiterung eine weitere Aussparung angeordnet. At the same time, a further recess is arranged inside this widening.
In Fig. 4d ist schließlich eine weitere mögliche Ausführung eines Biegebalkens 5' gezeigt. Der Biegebalken 5' weist endständige Verbreiterungen auf, in denen wiederum eine Aussparung angeordnet ist. Die den Biegebalken 5' umgebenden Schenkel 4-i , 42 der querliegenden S-förmigen Aussparungen 4 sind entsprechend der Form des Finally, another possible embodiment of a bending beam 5 'is shown in FIG. 4d. The bending beam 5 'has terminal widenings, in which in turn a recess is arranged. The bending beam 5 'surrounding legs 4-i, 4 2 of the transverse S-shaped recesses 4 are corresponding to the shape of the
Biegebalkens 5' ausgebildet, das heißt die Aussparungen 4 sind im Wesentlichen imBending beam 5 'formed, that is, the recesses 4 are substantially in
Bereich des Biegebalkens 5' viertelkreisförmig ausgebildet und erstrecken sich im mittigen Bereich des Biegebalkens 5' parallel zu diesem. Die Wheatstone-Brücke 5 ist zentral auf dem Biegebalken 5' angeordnet, wohingegen der Elektronikbaustein 1 1 in dem zum Schenkel 4-i der Aussparung benachbarten Bereich der Hülse 2 angeordnet ist. Region of the bending beam 5 'formed in a quarter circle and extend in the central region of the bending beam 5' parallel to this. The Wheatstone bridge 5 is arranged centrally on the bending beam 5 ', whereas the electronic component 1 1 is arranged in the region of the sleeve 2 adjacent to the leg 4-i of the recess.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 is a block diagram of an apparatus according to the first embodiment of the present invention.
Die Messstruktur 4, 5' misst dabei die Torsionen mittels einer Wheatstone-Brücke 5. Die Wheatstone-Brücke 5 ist mit einem Elektronikbaustein 1 1 verbunden, der einen Signal- Verstärker 1 1 a, einen Analog-Digital-Wandler 1 1 b, eine Logikschaltung 1 1 c sowie einen Hochfrequenz-Modulator / -Demodulator umfasst. Dieser Elektronikbaustein 1 1 ist mit einer Induktivität in Form einer ersten Spule 6a verbunden, die induktiv mit einer zweiten Spule 6b gekoppelt ist. Die zweite Spule 6b ist weiter mit einer Auswerteeinheit 13 verbunden, die eine Energiequelle 13a, eine Logikschaltung 13c und einen Hochfrequenz- Modulator / -Demodulator 13d aufweist und zum Auswerten des von der Wheatstone- Brücke 5 übermittelten Signals S zur Ermittlung des Drehmoments bei Torsion der Welle W beziehungsweise der Hülse 2 dient. Gleichzeitig wird von der Auswerteeinheit 13 mittels der induktiven Kopplung elektrische Energie an den Signalverstärker 1 1 a und an die Wheatstone-Brücke 5 sowie an den Elektronikbaustein 1 1 für deren Betrieb übertragen, so dass auf der Hülse 2 keine separate Energiequelle für den Betrieb der Vorrichtung angeordnet werden muss. The measuring structure 4, 5 'measures the torsions by means of a Wheatstone bridge 5. The Wheatstone bridge 5 is connected to an electronic module 1 1, the signal amplifier 1 1 a, an analog-to-digital converter 1 1 b, a Logic circuit 1 1 c and a Radio frequency modulator / demodulator includes. This electronic component 1 1 is connected to an inductance in the form of a first coil 6a, which is inductively coupled to a second coil 6b. The second coil 6b is further connected to an evaluation unit 13, which has a power source 13a, a logic circuit 13c and a high-frequency modulator / demodulator 13d and for evaluating the transmitted signal from the Wheatstone bridge 5 for determining the torque at torsion of Shaft W or the sleeve 2 is used. At the same time of the evaluation unit 13 by means of the inductive coupling electrical energy to the signal amplifier 1 1 a and the Wheatstone bridge 5 and to the electronic module 1 1 transmitted for their operation, so that on the sleeve 2 no separate power source for the operation of the device must be arranged.
Fig. 6a bis 6c zeigt eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Quer- und Draufsicht. Fig. 6a to 6c shows a device according to a second embodiment of the present invention in a transverse and plan view.
In Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Im Unterschied zu der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und Fig. 2, insbesondere Fig. 2b weist die Hülse 2 einen radial vorstehenenden Randbereich V auf, das heißt die Hülse 2 ist gemäß Fig. 6 im Querschnitt T-förmig ausgebildet. Der Randbereich V ist dabei im FIG. 6 shows a second embodiment of the device according to the invention. In contrast to the device according to FIGS. 1 and 2, in particular FIG. 2 b, the sleeve 2 has a radially projecting edge region V, that is to say the sleeve 2 has a T-shaped cross-section as shown in FIG. The edge region V is in the
Bereich 3 zur Festlegung der Hülse 2 auf der Welle W angeordnet. Ebenfalls im Area 3 for fixing the sleeve 2 on the shaft W arranged. Also in the
Unterschied zu der Fig. 2 ist das Gehäuse 9 entsprechend T-förmig ausgebildet. Ein weiterer Unterschied zu der Vorrichtung gemäß Fig. 2b ist, dass die Spulen 6a, 6b in gedruckter Schaltung auf Leiterplatten 14a, 14b angeordnet sind, so dass diese nun eine induktive Kopplung K parallel zur Achse der Welle W bereitstellen, im Gegensatz zu der induktiven Kopplung gemäß Fig. 2, bei der die induktive Kopplung K senkrecht zur Achse der Welle W bewirkt wird.  In contrast to FIG. 2, the housing 9 is correspondingly T-shaped. Another difference to the device according to FIG. 2b is that the coils 6a, 6b are arranged in printed circuit on circuit boards 14a, 14b, so that they now provide an inductive coupling K parallel to the axis of the shaft W, in contrast to the inductive one Coupling according to FIG. 2, in which the inductive coupling K is effected perpendicular to the axis of the shaft W.
Fig. 6b zeigt den Randbereich V der Hülse 2 in einer Draufsicht mit Blickrichtung entlang der Achse der Hülse 2. Der kreisförmige Randbereich V weist dabei Aussparungen 15 auf, die zur Anordnung von elektronischen Bauelementen, beispielsweise des 6b shows the edge region V of the sleeve 2 in a plan view with a viewing direction along the axis of the sleeve 2. The circular edge region V in this case has recesses 15 which are used to arrange electronic components, for example the
Elektronikbausteins 1 1 , etc. verwendet werden können. In Fig. 6c ist weiter in einer Draufsicht von oben gemäß Fig. 6b die erste Spule 6a mit ihren Windungen gezeigt, die auf der Leiterplatte 14a angeordnet beziehungsweise auf diese aufgedruckt ist. Fig. 7 zeigt eine Welle mit einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 7 ist eine Teilwelle Wv mit einer hülsenförmigen Vorrichtung gemäß Fig. 2b gezeigt. Im Unterschied zu der Welle W gemäß Fig. 2b ist in Figur 7 nur eine Teilwelle Wv gezeigt, d.h. deren Erstreckung entlang der Achse der Vorrichtung 1 ist nur wenig größer als die entsprechende Erstreckung der Vorrichtung 1 . Die Teilwelle Wv ragt dabei jeweils über das Gehäuse 9 in vertikaler Richtung heraus und weist ausserhalb des Gehäuses 9 der Vorrichtung 1 Anschlüsse V-ι, V2 auf, um die Teilwelle Wv an eine externe Welle W anschließen zu können. Der Anschluss V-ι ist dabei beispielsweise eine Electronic modules 1 1, etc. can be used. In Fig. 6c is further shown in a plan view from above of FIG. 6b, the first coil 6a with their windings, which is arranged on the printed circuit board 14a or printed on this. Fig. 7 shows a shaft with a device according to a third embodiment of the present invention. In Fig. 7, a partial wave W v is shown with a sleeve-shaped device of FIG. 2b. In contrast to the wave W according to FIG. 2 b , only a partial wave W v is shown in FIG. 7, ie its extent along the axis of the device 1 is only slightly greater than the corresponding extent of the device 1. The partial wave W v protrudes in each case over the housing 9 in the vertical direction and has outside the housing 9 of the device 1 connections V-ι, V 2 , to connect the partial wave W v to an external shaft W can. The connection V-1 is, for example, a
Schraubverbindung mit Innengewinde ausgebildet, wohingegen der Anschluss V2 als Schraubverbindung mit einem Außengewinde ausgebildet ist. Auf diese Weise kann je nach Wunsch die Teilwelle Wv zusammen mit der auf ihr angeordneten Vorrichtung 1 an verschiedene Orte, beispielsweise innerhalb eines Lenkgestänges eines Fahrzeugs eingebaut werden. Fig. 8a, b zeigt eine Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Threaded connection formed with internal thread, whereas the connection V 2 is formed as a screw connection with an external thread. In this way, as desired, the partial wave W v can be installed together with the device 1 arranged on it at various locations, for example within a steering linkage of a vehicle. Fig. 8a, b shows an apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
In Fig. 8a ist analog zur Fig. 3b eine Mantelfläche der Hülse 2 gezeigt. Wie in Figur 3b weist diese am oberen und unteren Rand Schweißpunkte 3a auf, mit denen die Hülse 2 auf einer Welle festlegbar ist. Des Weiteren ist ein Elektronikbaustein 1 1 angeordnet, der mit einer Spule 6a elektrisch verbunden ist. Im Unterschied zu Figur 3b ist auf dem Biegebalken 5' keine Wheatstone-Brücke 5 direkt angeordnet, sondern der Biegebalken 5' umfasst einen Bereich BM , insbesondere in Form einer Aussparung, in dem ein Modul M, welches beispielsweise eine Wheatstone-Brücke 5 umfasst, festlegbar ist. Hierzu ist der Bereich BM am oberen und unteren Ende gemäß Figur 8a mit Bereichen 3M versehen, mit denen ein Modul M an der Hülse festgelegt werden kann, beispielsweise mittels In Fig. 8a, a lateral surface of the sleeve 2 is shown analogous to FIG. 3b. As in FIG. 3b, this has welding points 3a at the upper and lower edges, with which the sleeve 2 can be fixed on a shaft. Furthermore, an electronic component 1 1 is arranged, which is electrically connected to a coil 6a. In contrast to FIG. 3b, no Wheatstone bridge 5 is arranged directly on the bending beam 5 ', but the bending beam 5' comprises a region B M , in particular in the form of a recess, in which a module M, which comprises a Wheatstone bridge 5, for example , is definable. For this purpose, the area B M is provided at the upper and lower end according to Figure 8a with areas 3 M , with which a module M can be fixed to the sleeve, for example by means
Schweißen. Um eine elektrische Verbindung zwischen Modul M und Elektronikbaustein 1 1 zu ermöglichen, sind oberhalb des Bereichs 3M zu festlegung des Moduls M Kontakte in Form von Bondpads K angeordnet. Diese Kontakte sind elektrisch leitend mit dem Elektronikbaustein verbunden. Welding. In order to enable an electrical connection between module M and electronic module 1 1, above the area 3 M for fixing the module M contacts in the form of bond pads K are arranged. These contacts are electrically connected to the electronic module.
In Fig. 8b ist nun die Anordnung einer Wheatstone-Brücke 5 auf einem entsprechenden Modul M gezeigt. Das Modul M ist dabei im Bereich BM auf dem Biegebalken 5' festgelegt. Das Modul M umfasst dabei eine Wheatstone-Brücke 5 sowie vier Kontakte in Form von Bondpads KM, die mit den entsprechenden Kontakten K korrespondieren. Zwischen den Kontakten K, KM ist ein Festlegungsbereich 3M angeordnet. Die Kontakte K, KM werden deshalb mittels Drahtbonden D elektrisch leitend verbunden. Anschließend kann das Modul M samt Drahtbonden und Kontakten KM, K zum Schutz vor Umwelteinflüssen passiviert werden. Fig. 9 zeigt einen Teil einer Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8b, the arrangement of a Wheatstone bridge 5 is now shown on a corresponding module M. The module M is set in the area B M on the bending beam 5 '. The module M comprises a Wheatstone bridge 5 and four contacts in the form of bond pads K M , which correspond to the corresponding contacts K. Between the contacts K, K M a fixing area 3 M is arranged. The contacts K, K M become Therefore electrically connected by wire bonding D electrically. Subsequently, the module M together with wire bonds and contacts K M , K can be passivated to protect against environmental influences. Fig. 9 shows a part of an apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
In Figur 9a ist nun im Detail ein Modul M gemäß Figur 8b gezeigt. Das Modul M umfasst dabei eine Wheatstone-Brücke 5 mit vier Widerständen W-ι, W2, W3, W4. Die Wheatstone- Brücke 5 ist dabei mit den vier Kontakten des Moduls KM über entsprechende Leitungen verbunden. Die Widerstände W-ι, W2, W3, W4 sind piezo-resistiv und werden in FIG. 9a shows in detail a module M according to FIG. 8b. The module M comprises a Wheatstone bridge 5 with four resistors W- 1 , W 2 , W 3 , W 4 . The Wheatstone bridge 5 is connected to the four contacts of the module K M via corresponding lines. The resistors W- 1 , W 2 , W 3 , W 4 are piezo-resistive and are in
Dünnschichttechnologie, beispielsweise mittels chemischer Gasphasen-Abscheidung, auf das Modul M aufgebracht. Die Widerstände W-ι, W2, W3, W4 bestehen beispielsweise aus NiCrSi und sind mäandriert ausgebildet. Thin-film technology, for example by means of chemical vapor deposition, applied to the module M. The resistors W- 1 , W 2 , W 3 , W 4 are made of NiCrSi, for example, and have a meandering design.
In Figur 9b ist ein Querschnitt des Moduls gemäß Figur 9a gezeigt. An den Rändern des Moduls M sind die Festlegungsbereiche 3M des Moduls M auf einer Hülse 2 gezeigt, wohingegen in der Mitte des Moduls M die Wheatstone-Brücke 5 angeordnet ist. Fig. 10 zeigt einen Teil eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. FIG. 9b shows a cross-section of the module according to FIG. 9a. At the edges of the module M, the fixing areas 3 M of the module M are shown on a sleeve 2, whereas in the middle of the module M the Wheatstone bridge 5 is arranged. Fig. 10 shows a part of a method of manufacturing a device according to the fourth embodiment of the present invention.
In Figur 10 bezeichnet Bezugszeichen 20 ein Stahlsusbtrat. Auf dem Stahlsubstrat 20 werden nun in Dünnschlichttechnologie analog der Herstellung von Wafern in der Halbleiterindustrie eine Vielzahl von Modulen M schachbrettartig auf dem Stahlsubstrat 20 aufgebracht Die einzelnen Module M sind dabei voneinander durch Bereiche T-i , T2 getrennt. Entlang dieser Bereiche T-i , T2 erfolgt dann eine Vereinzelung der Module M mittels Laser, Sägen, Erodieren oder dergleichen. Zusammenfassend weist die Erfindung folgende Vorteile auf: Zu einen benötigt die Vorrichtung wenig Bauraum aufgrund des Aufbringens der Messstrukturen mit bereits bekannten und bewährten Verfahren, wie beispielsweise der chemischen In Fig. 10, reference numeral 20 denotes a steel suberbtrate. On the steel substrate 20, a multiplicity of modules M are now applied to the steel substrate 20 in thin-film technology analogously to the production of wafers in the semiconductor industry. The individual modules M are separated from one another by regions Ti, T 2 . Along these areas Ti, T 2 then takes place a separation of the modules M by means of laser, sawing, erosion or the like. In summary, the invention has the following advantages: On the one hand, the device requires little installation space due to the application of the measuring structures with already known and proven methods, such as, for example, the chemical
Gasphasenabscheidung. Weiterhin ist eine Messung eines Drehmoments mittels Vapor deposition. Furthermore, a measurement of torque by means
Vorrichtung äußerst zuverlässig. Gleichzeitig wird durch die kontaktlose Device extremely reliable. At the same time, the contactless
Signalübertragung von elektrischer Energie durch induktive Kopplung keine Reibung verursacht, ebenso keine Geräusche und kein Verschleiß. Die Vorrichtung ist weiterhin kostengünstig, da keine teuren Bauelemente wie beispielsweise Magnete, Hall- Elektronikbausteine, etc. verwendet werden müssen. Ebenso ist die Vorrichtung einfach und kostgünstig herstellbar. Gleichzeitig ist es möglich, die Ausfallsicherheit der Signal transmission of electrical energy through inductive coupling causes no friction, no noise and no wear. The device is still cost, since no expensive components such as magnets, Hall electronic components, etc. must be used. Likewise, the device is simple and inexpensive to produce. At the same time it is possible to ensure the reliability of the
Vorrichtung erheblich zu erhöhen, beispielsweise durch Verdopplung der Messstrukturen auf der Hülse. To increase device considerably, for example by doubling the measuring structures on the sleeve.
Obwohl die Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Although the invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in many ways.

Claims

Ansprüche claims
1 . Vorrichtung (1 ) zur Erfassung eines Drehmoments, umfassend 1 . Device (1) for detecting a torque, comprising
eine Basis (2),  a base (2),
zumindest einen Bereich (3) zur Festlegung der Vorrichtung (1 ), insbesondere auf einer Welle (W, Wv), at least one region (3) for fixing the device (1), in particular on a shaft (W, W v ),
eine dehnungssensible Messstruktur (4, 5'),  a strain-sensitive measuring structure (4, 5 '),
Messmittel (5) zur Erzeugung eines Messsignals (S) anhand einer Änderung der Form und/oder Position des Messstruktur (4,5') sowie  Measuring means (5) for generating a measuring signal (S) based on a change in the shape and / or position of the measuring structure (4,5 ') and
Mittel (6a, 6b) zum Übertragen des Messsignals (S).  Means (6a, 6b) for transmitting the measurement signal (S).
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei 2. Device according to claim 1, wherein
die Messstruktur (4, 5') mechanisch strukturiert ist und insbesondere  the measuring structure (4, 5 ') is mechanically structured and in particular
Aussparungen (4) und/oder einen Biegebalken (5') umfasst.  Recesses (4) and / or a bending beam (5 ') comprises.
3. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -2, wobei 3. Device according to at least one of claims 1 -2, wherein
die Basis (2) hülsenförmig ausgebildet ist.  the base (2) is sleeve-shaped.
4. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -3, wobei 4. Device according to at least one of claims 1 -3, wherein
die Mittel (6a, 6b) zum Übertragen des Messsignals (S) zum berührungslosen Übertragen des Messsignals ausgebildet sind, und insbesondere induktive Mittel, vorzugsweise in Form zumindest einer Spule (6a, 6b) umfassen.  the means (6a, 6b) are designed to transmit the measurement signal (S) for non-contact transmission of the measurement signal, and in particular to comprise inductive means, preferably in the form of at least one coil (6a, 6b).
5. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -4, wobei 5. Device according to at least one of claims 1 -4, wherein
die Messstruktur (4, 5') im Wesentlichen mäandriert und/oder balkenförmig ausgebildet ist.  the measuring structure (4, 5 ') is substantially meandering and / or bar-shaped.
6. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -5, wobei 6. Device according to at least one of claims 1-5, wherein
Mittel (4) zur Vermeidung einer Überlastung der Vorrichtung (1 ) angeordnet sind, insbesondere in Form zumindest einer Anschlagsfläche (A-i , A2). Means (4) for avoiding overloading of the device (1) are arranged, in particular in the form of at least one stop surface (Ai, A 2 ).
7. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -6, wobei die Vorrichtung (1 ) einen radial vorstehenden Randbereich (V) aufweist, wobei zumindest teilweise die Messmittel (5) und/oder die Mittel (6a, 6b) zum Übertragen auf dem Randbereich (V) angeordnet sind. 7. Device according to at least one of claims 1-6, wherein the device (1) has a radially protruding edge region (V), wherein at least part of the measuring means (5) and / or the means (6a, 6b) for transmitting are arranged on the edge region (V).
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -7, wobei Device according to at least one of claims 1-7, wherein
die Vorrichtung ein Gehäuse (9) umfasst, in dem insbesondere weitere Mittel (6b) zum Übertragen von Messsignalen (S) angeordnet sind. the device comprises a housing (9) in which, in particular, further means (6b) for transmitting measurement signals (S) are arranged.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Messung eines Drehmoments, insbesondere gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -8, umfassend die Schritte Anordnen zumindest einer dehnungssensiblen Messstruktur (4, 5') an einer Basis (2), Method for producing a device for measuring a torque, in particular according to at least one of claims 1 to 8, comprising the steps of arranging at least one strain-sensitive measuring structure (4, 5 ') on a base (2),
Anordnen von Messmitteln (5) zur Erzeugung eines Messsignals (S) anhand einer Änderung der Form und/oder Position des Messstruktur (4,5') an der Basis (2), Anordnen von Mitteln zum Übertragen des Messsignals (S) an der Basis (2).  Arranging measuring means (5) for generating a measuring signal (S) based on a change in the shape and / or position of the measuring structure (4,5 ') at the base (2), arranging means for transmitting the measuring signal (S) at the base (2).
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Anordnen von Messmitteln (5) an der Basis (2) die nachfolgenden Schritte umfasst: The method according to claim 9, wherein arranging measuring means (5) at the base (2) comprises the following steps:
Anordnen von Messmitteln (5), insbesondere einer Wheatstone-Brücke, auf einem Substrat, vorzugsweise einem Stahlsubstrat (20),  Arranging measuring means (5), in particular a Wheatstone bridge, on a substrate, preferably a steel substrate (20),
Vereinzeln zumindest eines Moduls (M), umfassend die Messmittel (5) und einen Teil des Substrats (20),  Separating at least one module (M), comprising the measuring means (5) and a part of the substrate (20),
Festlegen des Moduls (M) auf der Basis (2), sowie  Set the module (M) on the base (2), as well
Kontaktieren des Moduls (M), insbesondere mittels Drahtbonden (D).  Contacting the module (M), in particular by wire bonding (D).
Welle (Wv) mit einer Vorrichtung (1 ) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -8, wobei die Vorrichtung (1 ) auf zumindest einem Teilabschnitt der Welle (Wv) festgelegt ist und die Welle (Wv) Mittel (V-ι, V2) zum Anschluss an eine externe Welle (W) umfasst. Shaft (W v ) with a device (1) according to at least one of claims 1 -8, wherein the device (1) on at least a portion of the shaft (W v ) is fixed and the shaft (W v ) means (V-ι , V 2 ) for connection to an external shaft (W).
Verwendung einer Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 -8 zur Erfassung eines Drehmoments. Use of a device according to at least one of claims 1-8 for detecting a torque.
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