DE10135685A1

DE10135685A1 - Bending and shear force insensitive mechanical-electrical converter

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Publication number: DE10135685A1
Application number: DE10135685A
Authority: DE
Inventors: Zlatko Penzar; Juergen Irion; Wolfgang Porth; Andrea Rasler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2002-04-04
Also published as: DE20016330U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mechanisch-elektrischen Wandler, mit einer dehnungsempfindlichen Widerstände aufweisenden Brückenschaltung, wobei die dehnungsempfindlichen Widerstände unmittelbar auf einem, einen annähernd rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Bauteil angeordnet sind, an welchem zwischenträgerfrei direkt Torsionskräfte angreifen, wobei bei Torsion des Bauteiles ein der Dehnung der Dickschichtwiderstände entsprechendes elektrisches Signal an der Brückenschaltung abnehmbar ist. DOLLAR A Bei einem mechanisch-elektrischen Wandler, bei welchem bei variierender Biegelast die Erzeugung eines Brückensignals in Folge von Biegemomenten zuverlässig verhindert wird, sind die dehnungsempfindlichen Widerstände (R1, R2, R3, R4) auf einem Bauteil (1) kreisähnlich angeordnet, wobei je ein Widerstand (R1, R3) des ersten Brückenzweiges diagonal zu einem Widerstand (R4, R2) des zweiten Brückenzweiges jeweils in einer Position (r) angeordnet ist, in welcher die Widerstandsänderung unter allgemeiner Biegelast gleiche Werte einnimmt, wodurch das an der Brückenschaltung abnehmbare Ausgangssignal (U¶Q¶) nur von der Torsionsbelastung abhängig ist.The invention relates to a mechanical-electrical converter with a bridge circuit having strain-sensitive resistors, the strain-sensitive resistors being arranged directly on a component having an approximately rectangular cross-section, on which torsional forces act directly without intermediate supports, with one of the stretching of the thick-film resistors when the component is twisted corresponding electrical signal on the bridge circuit is removable. DOLLAR A In a mechanical-electrical converter in which the generation of a bridge signal due to bending moments is reliably prevented with varying bending load, the strain-sensitive resistors (R1, R2, R3, R4) are arranged on a component (1) in a circle-like manner, whereby each a resistor (R1, R3) of the first bridge branch is arranged diagonally to a resistor (R4, R2) of the second bridge branch, each in a position (r) in which the change in resistance under general bending load assumes the same values, as a result of which the output signal which can be taken off at the bridge circuit (U¶Q¶) only depends on the torsional load.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanisch-elektrischen Wandler, mit einer dehnungsempfindlichen Widerstände aufweisenden Brückenschaltung, wobei die dehnungsempfindlichen Widerstände unmittelbar auf einem, einen annähernd rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Bauteil an geordnet sind, an welchem zwischenträgerfrei direkt Torsionskräfte an greifen, wobei bei Torsion des Bauteiles ein der Dehnung der Dick schichtwiderstände entsprechendes elektrisches Signal an der Brücken schaltung abnehmbar ist.The invention relates to a mechanical-electrical converter, with a bridge circuit having strain-sensitive resistors, the strain-sensitive resistors directly on one, an approximately rectangular cross-section component are arranged on which torsion forces are applied directly to the intermediate carrier grip, with torsion of the component one of the elongation of the thick film resistors corresponding electrical signal at the bridges circuit is removable.

Aus der DE 198 43 579 A1 ist ein gattungsgemäßer mechanisch elektrischer Wandler bekannt. Bei diesem Wandler sind die dehnungs empfindlichen Dickschichtwiderstände unmittelbar auf einer als Träger element ausgebildeten Welle angeordnet. Die Welle ist dabei einer me chanischen Belastung in Form einer Torsion ausgesetzt. Die Widerstände der Brückenschaltungen sind außerhalb der Erstreckungsrichtung einer für Biegebelastung neutralen Phase des Bauteiles angeordnet und weisen zu dieser einen vorgegebenen Abstand und einen vorgegebenen Winkel auf. Aufgrund einer vorgegebenen Verschaltung wird erreicht, daß bei einem konstanten Biegemoment ein auf die Biegelast zurückzuführendes Störsignal im Ausgangssignal der Brückenschaltung unterbunden wird. DE 198 43 579 A1 describes a generic mechanical electrical converter known. With this converter, the expansion sensitive thick film resistors directly on a carrier element trained shaft arranged. The wave is a me exposed to mechanical stress in the form of a torsion. The resistances the bridge circuits are one outside the direction of extension arranged for bending stress neutral phase of the component and point to this a predetermined distance and a predetermined angle on. Due to a predetermined interconnection it is achieved that at a constant bending moment due to the bending load Interference signal in the output signal of the bridge circuit is prevented.

Beim Anliegen sich ändernder Biegemomente treten aber bei den Wider ständen unterschiedliche Widerstandsänderungen auf, die durch eine Verschaltung nicht kompensiert werden können.When changing bending moments occur, however, the contra there would be different changes in resistance caused by a Interconnection cannot be compensated.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen mechanisch elektrischen Wandler anzugeben, bei welchem bei variierender Biegelast die Erzeugung eines Brückensignales infolge von Biegemomenten zuver lässig verhindert wird.The invention is therefore based on the object of a mechanical specify electrical converter, with which with varying bending load the generation of a bridge signal due to bending moments is casually prevented.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die dehnungs empfindlichen Widerstände auf dem Bauteil annähernd kreisähnlich an geordnet sind, wobei je ein Widerstand der ersten Brückenzweiges diago nal zu einem Widerstand des zweiten Brückenzweiges jeweils in einer Position angeordnet ist, in welcher die Widerstandsänderung unter allge meiner Biegelast gleiche Werte annimmt, wodurch das an der Brücken schaltung abnehmbare Ausgangssignal nur von der Torsionsbelastung abhängig ist.According to the invention the object is achieved in that the expansion sensitive resistances on the component almost like a circle are ordered, each with a resistance of the first bridge branch diago nal to a resistance of the second bridge branch in one Position is arranged in which the change in resistance under general my bending load assumes the same values, which means that on the bridges circuit removable output signal only from the torsional load is dependent.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die durch Biegemomente hervorgeru fenen Signaländerungen nicht in einer Verschaltung kompensiert werden müssen, sondern allein durch die biegekompensierte Plazierung der Wi derstände erreicht wird. Dabei bedeutet allgemeine Biegelast, dass ein nicht konstantes Biegemoment anliegt ohne bevorzugte Richtung anliegt.The invention has the advantage that it is produced by bending moments Open signal changes can not be compensated in an interconnection must, but solely by the bend-compensated placement of the Wi is achieved. General bending load means that a non-constant bending moment is present without a preferred direction.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung sind die Widerstände jedes Zweiges der Brückenschaltung beidseitig zu einer auf Biegebelastung neutralen Phase derart angeordnet, daß die auf einer Seite der neutralen Phase liegenden dehnungsempfindlichen Widerstände jedes Brücken zweiges bei sich ändernder Biegebelastung gleiche Widerstandsänderun gen erfahren, wobei das an der Brückenschaltung abnehmbare Aus gangssignal keine Anteile infolge der Biegebelastung aufweist. Due to the arrangement according to the invention, the resistances are each Branches of the bridge circuit on both sides to a bending load neutral phase arranged so that on one side of the neutral Phase lying strain sensitive resistors of each bridge same resistance changes when the bending load changes gene experienced, the removable at the bridge circuit out output signal has no shares due to the bending load.

Vorteilhafterweise sind die dehnungsempfindlichen Widerstände bei einer Biegelast um die biegesteife Achse so angeordnet, daß die Widerstand sänderungen der Widerstände eines Brückenzweiges bei gleichem Betrag entgegengesetzt verläuft. Alternativ sind die dehnungsempfindlichen Wi derstände eines Brückenzweiges bei einer Biegelast um die biegeweiche Achse derart angeordnet, daß eine identische Widerstandsänderung auf tritt.The strain-sensitive resistors are advantageously at one Bending load arranged around the rigid axis so that the resistance Changes in the resistance of a bridge branch for the same amount runs in the opposite direction. Alternatively, the stretch-sensitive Wi resistance of a bridge branch with a bending load around the flexible switch Axis arranged so that an identical change in resistance occurs.

In einer Weiterbildung sind die dehnungsempfindlichen Widerstände der Brückenzweige außerhalb einer, auf der Oberfläche des Bauteiles ver laufenden Ausnehmung im Randbereich dieser Ausnehmung, diese um fassend, angeordnet.In one development, the strain-sensitive resistors are the Bridge branches outside one, ver on the surface of the component running recess in the edge region of this recess, this around summarizing, arranged.

Dies hat den Vorteil, daß das Signalverhalten des mechanisch elektri schen Wandlers auf einfache Weise erhöht werden kann. Aufgrund der Ausnehmung überlagern sich die mechanischen, am Trägerelement an greifenden mechanischen Spannungen, wobei die Dehnung in den Hauptrichtungen (longitudinal, transversal) einen ungleichen Betrag auf weisen, wodurch das abgegriffene Meßsignal an der Brückenschaltung in einfacher Weise erhöht werden kann.This has the advantage that the signal behavior of the mechanically electrical rule converter can be increased in a simple manner. Due to the The recess overlap the mechanical ones on the carrier element mechanical stresses, the elongation in the Main directions (longitudinal, transverse) an unequal amount point, whereby the tapped measurement signal at the bridge circuit in can be easily increased.

Lastinduzierte Änderungen der Widerstandswerte lassen sich in besonders einfacher Weise korrigieren, wenn das Bauteil in seinem Randbereich ra diale Einbuchtungen sowie die Ausnehmung radiale Bereiche aufweist, wobei je eine radiale Einbuchtung sowie ein radialer Bereich der Ausneh mung einem Widerstand zugeordnet sind, welcher auf einer Verbindungs linie des ersten Radius der Einbuchtung und eines zweiten Radius der Ausnehmung angeordnet sind. Load-induced changes in the resistance values are particularly noticeable correct easily if the component in its edge area ra the indentations and the recess have radial areas, a radial indentation and a radial area of the recess mung are assigned to a resistor, which on a connection line of the first radius of the indentation and a second radius of the Recess are arranged.

Ist die Ausnehmung kreisförmig ausgebildet, ist jeder Widerstand radial mit annähernd gleichen Winkelabständen um die Ausnehmung angeord net. Das heißt, die Widerstände befinden sich im gleichen Abstand zur Mitte der Bohrung.If the recess is circular, any resistance is radial arranged at approximately equal angular distances around the recess net. This means that the resistors are at the same distance from the Middle of the hole.

Durch die Ausnehmung wird das Signalverhalten des Sensors ohne kom plexe Änderung der Wellengeometrie einfach erhöht. Ein solcher Sensor ist für die Massenproduktion geeignet, da er kosten- und zeitgünstig her stellbar ist.Due to the recess, the signal behavior of the sensor without com plexe change in shaft geometry simply increased. Such a sensor is suitable for mass production because it is inexpensive and time-saving is adjustable.

Vorteilhafterweise sind die auf dem Metallbauteil angeordneten Wider stände als Dickschichtwiderstände ausgebildet, wobei die Empfindlichkeit der zur Herstellung der Widerstände verwendeten Widerstandspasten be züglich einer Längs- und Querdehnung unterschiedlich sind. Auch da durch wird eine Erhöhung des Signalverhaltens des Sensors erreicht.Advantageously, the opposites arranged on the metal component would be formed as thick film resistors, the sensitivity the resistor pastes used to manufacture the resistors are different with respect to a longitudinal and transverse expansion. There too by an increase in the signal behavior of the sensor is achieved.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Dickschichtwiderstände zur Torsionsmessung in einer Ebene angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Dickschichtwiderstände in einer oder mehreren Ebenen anzuordnen.In a development of the invention, the thick-film resistors are Torsion measurement arranged in one plane. But it is also possible arrange the thick film resistors on one or more levels.

Vorteilhafterweise können auch zwei Brückenschaltungen verwendet wer den, wobei die Widerstände der ersten Brückenschaltung in einer Position r₁ < r₀ und die Widerstände der zweiten Brückenschaltung in einer Position r₂ < r₀ angeordnet sind, wobei die Positionen r₁ und r₂ betragsmäßig die selbe Differenz zur Position r₀ aufweisen.Advantageously, two bridge circuits can also be used, the resistors of the first bridge circuit being arranged in a position r ₁ <r ₀ and the resistances of the second bridge circuit being in a position r ₂ <r ₀ , the positions r ₁ and r _{2 being the} absolute value have the same difference to position r ₀ .

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll an hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention permits numerous embodiments. One of them is said to hand of the figures shown in the drawing are explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1: Draufsicht auf ein auf Torsion zu beanspruchendes erfin dungsgemäßes Bauteil Fig. 1: Top view of a torsion-resistant component according to the invention

Fig. 2: Anordnung des dehnungsempfindlichen Widerstandes auf dem Bauteil nach Fig. 1 FIG. 2: arrangement of the strain-sensitive resistor on the component according to FIG. 1

Fig. 3: mechanische Belastung des Bauteiles Fig. 3: mechanical stress on the component

Fig. 4: Spannungsverlauf in der Brückenschaltung Fig. 4: Voltage curve in the bridge circuit

Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Identical features are identified by the same reference symbols.

In Fig. 1 ist ein Drehmomentsensor für die Anwendung in Lenkhilfesy stemen für Kraftfahrzeuge dargestellt. Auf einer auf Torsion zu beanspru chenden Welle 1, welche aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht und quaderförmig ausgebildet ist, sind identisch aufgebaute Dickschichtwider stände R1, R2, R3, R4 angeordnet. Die Widerstände R1, R2, R3, R4 sind Fig. 4 entsprechend zu einer Brückenschaltung verknüpft.In Fig. 1, a torque sensor for use in Lenkhilfesy systems for motor vehicles is shown. On a torsion to be stressed shaft 1 , which consists of steel or a steel alloy and is cuboid, identically constructed thick-film resistors R1, R2, R3, R4 are arranged. The resistors R1, R2, R3, R4 are linked in accordance with FIG. 4 to form a bridge circuit.

Die Widerstandsbrücke ist in ihrer gesamten Ausdehnung auf einem Die lektrikum 2 angeordnet, welches direkt ohne einen Zwischenträger auf dem Bauteil 1 aufliegt. Ein Schnitt durch einen dehnungsempfindlichen Widerstand R1 ist in Fig. 2 dargestellt.The entire length of the resistance bridge is arranged on a dielectric 2 , which rests directly on the component 1 without an intermediate carrier. A section through a strain-sensitive resistor R1 is shown in FIG. 2.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, befinden sich auf dem Dielektrikum 2 elektri sche Leiterbahnen 5, die durch eine Leiterbahnschicht gebildet sind. Zwischen diesen Leiterbahnen 5 erstreckt sich eine elektrische Wider standsschicht 9, die dem als Dehnungsmeßstreifen ausgebildeten Wider stand R1, R2, R3 oder R4 bildet. Den Abschluß bildet eine Passivierungs schicht 6, die nur den als Kontaktfläche 7 dienenden Teil mindestens ei ner Leiterbahn 5 unbedeckt läßt und zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandes R1 dient.As can be seen from FIG. 2, there are electrical conductor tracks 5 on the dielectric 2 , which are formed by a conductor track layer. Between these conductor tracks 5 extends an electrical resistance layer 9 , which was formed as a strain gauge against resistance R1, R2, R3 or R4 forms. The conclusion is a passivation layer 6 , which leaves only the part serving as contact surface 7 at least egg ner conductor 5 uncovered and is used for electrical contacting of resistor R1.

Der beschriebene Dehnungsmeßstreifen wird in Dickschichttechnologie unmittelbar auf dem Träger 1 hergestellt.The strain gauge described is produced directly on the carrier 1 using thick-film technology.

Um eine innige Verbindung des Dielektrikums 2 mit dem Bauteil 1 herzu stellen, wird das Dielektrikum 2 in Drucktechnik mittels einer nicht leiten den Paste auf der Welle 1 aufgetragen. Die Paste enthält dabei eine Glasfritte, die bei geringerer Temperatur schmelzbar ist als das Material der Welle 1. Nach Aufbringen der Paste wird ebenfalls in Siebdrucktechnik eine leitende Schicht aufgebracht, die die Leiterbahn 5 und die Kontaktflä che 7 bildet, auf welcher wiederum die die Widerstände R1, R2, R3. R4 bildende, strukturierte Widerstandsschicht 9 angeordnet ist. Die so vorbe reitete Welle 1 wird in einem Hochtemperaturprozess bei einer Tempera tur von etwa 750 bis 900°C wärmebehandelt. Dabei versintert die Glas schicht mit der Oberfläche des Stahls der Welle 1. Bei diesem Aufsintern werden zwischen dem Dielektrikum 2 und der Welle 1 Oxidbrücken gebil det, die eine unlösbare Verbindung zwischen Welle 1 und Dielektrikum 2 gewährleisten, wodurch eine stark innige Verbindung zwischen beiden erreicht wird.In order to establish an intimate connection of the dielectric 2 with the component 1 , the dielectric 2 is applied in printing technology by means of a non-conductive paste on the shaft 1 . The paste contains a glass frit that can be melted at a lower temperature than the material of the shaft 1 . After applying the paste, a conductive layer is also applied using screen printing technology, which forms the conductor track 5 and the contact surface 7 , on which in turn the resistors R1, R2, R3. R4-forming, structured resistance layer 9 is arranged. The shaft 1 prepared in this way is heat-treated in a high-temperature process at a temperature of approximately 750 to 900 ° C. The glass layer sinters with the surface of the steel of shaft 1 . During this sintering, oxide bridges are formed between the dielectric 2 and the shaft 1 , which ensure an inseparable connection between the shaft 1 and the dielectric 2 , as a result of which a very intimate connection is achieved between the two.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich weist die Welle 1 eine rechteckige Oberfläche 8 auf, wobei mittig eine kreisförmige Öffnung 3 ausgebildet ist, welche die Welle 1 vollständig durchsetzt.As can be seen from FIG. 1, the shaft 1 has a rectangular surface 8 , with a circular opening 3 being formed in the center, which completely penetrates the shaft 1 .

Der Rand des Bauteiles 1 weist in seiner Längserstreckung beidseitig je weils zwei halbkreisförmige Randausnehmungen 9, 10 bzw. 11, 12 auf, wobei die Ausnehmungen 10 und 11 sowie 9 und 12 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Radien der Randausnehmungen 9, 10, 11, 12 ent sprechen annähernd dem Radius der Öffnung 3. The edge of the component 1 has two semicircular edge recesses 9 , 10 and 11 , 12 on both sides in its longitudinal extension, the recesses 10 and 11 and 9 and 12 being arranged opposite one another. The radii of the edge recesses 9 , 10 , 11 , 12 correspond approximately to the radius of the opening 3 .

Die Dehnungsmeßstreifen R1, R2, R3, R4 sind auf jeweils einer vom Mit telpunkt der Öffnung 3 ausgehenden Linie 13 angeordnet, wobei die Linie 13 die gedachte Verbindung zwischen dem Radius einer Randausneh mung 9, 10, 11, 12 und den Radius der Öffnung 3 darstellt.The strain gauges R1, R2, R3, R4 are each arranged on a line 13 starting from the center point of the opening 3 , the line 13 the imaginary connection between the radius of a Randausneh line 9 , 10 , 11 , 12 and the radius of the opening 3rd represents.

Aufgrund der Öffnung 3 und der Randausnehmungen 9, 10, 11, 12 treten auf der Oberfläche der Welle 1 bei Beanspruchung auf Torsion entlang einer gedachten Mittellinie Z zwei Hauptdehnungen mit unterschiedlichem Betrag auf, welche aus Sicht des jeweiligen Dickschichtwiderstandes R1 bis R4 einer longitudinalen Dehnung und einer transversalen Dehnung entsprechen.Because of the opening 3 and the edge recesses 9 , 10 , 11 , 12 , two main strains of different magnitude occur on the surface of the shaft 1 when subjected to torsion along an imaginary center line Z, which from the point of view of the respective thick-film resistance R1 to R4 a longitudinal stretching and correspond to a transverse stretch.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, treten bei der Torsion auch Biegekräfte auf. Man betrachtet dabei die Welle 1 als Biegebalken, welche auf einer Seite fest eingespannt ist. Ausgehend davon, daß die Torsion eine Verdrehung der Welle in Z-Richtung hervorruft, bildet dabei die in Fig. 3 dargestellte X-Achse eine biegeweiche Achse, während die in Y-Richtung weisende Achse eine biegesteife Achse ist. Die Wellenachse Z entspricht dabei gleichzeitig der hinsichtlich der Biegebelastung neutralen Phase der Welle 1.As can be seen in FIG. 3, bending forces also occur during torsion. One considers the shaft 1 as a bending beam, which is firmly clamped on one side. Assuming that the torsion causes the shaft to rotate in the Z direction, the X axis shown in FIG. 3 forms a flexible axis, while the axis pointing in the Y direction is a rigid axis. At the same time, the shaft axis Z corresponds to the phase of shaft 1 which is neutral with regard to the bending load.

Gemäß Fig. 1 sind die Widerstände R1 und R3 auf der einen Seite der neutralen Phase und die Widerstände R4 und R2 auf der anderen Seite der neutralen Phase angeordnet. Da alle Widerstände R1 bis R4 mit dem selben radialen Abstand um die Ausnehmung 3 positioniert sind, weisen sie betragsmäßig alle denselben Abstand zur neutralen Phase auf, unter scheiden sich aber in ihrer Winkelstellung zur neutralen Phase.Referring to FIG. 1, the resistors R1 and R3 are arranged on one side of the neutral phase, and the resistors R4 and R2 on the other side of the neutral phase. Since all the resistors R1 to R4 are positioned at the same radial distance around the recess 3 , they all have the same distance from the neutral phase in terms of amount, but differ in their angular position from the neutral phase.

Die Widerstände R1, R2, R3, R4 sind dabei gemäß Fig. 4 elektrisch zu einer Brückenschaltung verschaltet. Dabei ist ersichtlich, daß immer ein Widerstand eines Brückenzweiges auf je einer Seite der neutralen Phase liegt. So liegt der Widerstand R1 des Brückenzweiges R1, R4 auf der ei nen Seite und der Widerstand R4 der anderen Seite der neutralen Phase. The resistors R1, R2, R3, R4 are electrically connected to a bridge circuit according to FIG. 4. It can be seen that there is always a resistance of a bridge branch on each side of the neutral phase. Resistor R1 of bridge arm R1, R4 is on one side and resistor R4 is on the other side of the neutral phase.

Dasselbe gilt für die Widerstände R3 und R2 des zweiten Brückenzwei ges. Die Widerstände verhalten sich bei örtlich variierender Biegebela stung unterschiedlich, wobei es einen Punkt zum Mittelpunkt der Öffnung 3 gibt, bei welchem die Widerstandsänderung in allen Widerständen R1, R2, R3, R4 gleich ist. Dies gilt für jede beliebige Biegelast um die biege steife Achse.The same applies to the resistors R3 and R2 of the second bridge branch. The resistances behave differently with locally varying bending loads, there being a point to the center of the opening 3 at which the change in resistance is the same in all resistors R1, R2, R3, R4. This applies to any bending load around the rigid axis.

Bei einer allgemeinen Biegebelastung (Moment und Momentengradient) um die biegesteife Achse (Y-Achse) ergibt sich, dass bei der Entfernung r₀ der Widerstände R1 und R3 zur Mitte der Öffnung 3 die Widerstandsände rungen ΔR₁ und ΔR₃ gleiche Werte erreichen.With a general bending load (torque and torque gradient) about the rigid axis (Y-axis), it follows that with the distance r _{0 of} the resistors R1 and R3 from the center of the opening 3, the resistance changes ΔR ₁ and ΔR ₃ reach the same values.

Für die Widerstandsänderungen ΔR2 und ΔR4 gilt:
The following applies to the changes in resistance ΔR2 and ΔR4:

ΔR₂ = -ΔR₁ und ΔR₄ = -ΔR₁ (1)ΔR ₂ = -ΔR ₁ and ΔR ₄ = -ΔR ₁ (1)

Bei einer Verschaltung gemäß Fig. 4 ergibt sich ein Brückensignal
With a connection according to FIG. 4, a bridge signal results

Für die Position erhält man
For the position you get

ΔR₁ = ΔR₃ (3)ΔR ₁ = ΔR ₃ (3)

Unter Berücksichtigung der Fig. 1 ergibt sich damit
Taking into account FIG. 1, this results in

ΔR₂ = ΔR₄ (4)
ΔR ₂ = ΔR ₄ (4)

wobei aus der Formel 2 sich ein Brückensignal von
where a bridge signal of

U_Q = 0
U _Q = 0

ergibt.results.

Ein ähnliches Bild ergibt sich bei einer beliebigen örtlich variierenden Bie gebelastung um die biegeweiche Achse (X-Achse). Dabei gilt:
A similar picture emerges with any locally varying bending load around the flexible axis (X axis). The following applies:

ΔR₁ = ΔR₄ (5)
ΔR ₁ = ΔR ₄ (5)

und
and

ΔR₂ = ΔR₃ (6)
ΔR ₂ = ΔR ₃ (6)

für jede radiale Position R. Somit erhält man auch hier für das Brückensi gnal ein
for each radial position R. So you get a signal for the bridge signal

U_Q = 0U _Q = 0

Jede beliebige Biegung des Dehnungsmeßstreifen läßt sich in Biegean teile um die biegesteife und die biegeweiche Achse zerlegen. Das Brüc kensignal ist dabei eine Summe der Signalanteile der Biegekomponenten um die biegesteife bzw. biegeweiche Achse. Sobald sich die Widerstände in der Position r₀ befinden, liegt somit ein exakt biegekompensierter Sen sor für Drehmomente um die Z-Achse vor.Any bend in the strain gauge can be broken down into parts around the rigid and flexible axis. The bridge signal is a sum of the signal components of the bending components around the rigid or flexible axis. As soon as the resistors are in position r _0, there is therefore an exactly bend-compensated sensor for torques about the Z axis.

Aufgrund dieser strahlenförmigen Anordnung der Brückenwiderstände um die Ausnehmung wird eine hohe Biegekompensation erreicht. Dies ist ins besondere beim Einsatz eines solchen Dehnungsmeßstreifen für den An wendungsfall der elektrischen Lenkhilfe von Vorteil, wo insbesondere auf grund des konkreten Einbauzustandes im Fahrzeuges örtlich variierende Biegemomente auftreten.Because of this radial arrangement of the bridge resistors around the recess achieves high bending compensation. This is ins especially when using such a strain gauge for the An Use case of the electric steering aid is advantageous, where in particular locally varying due to the specific installation condition in the vehicle Bending moments occur.

Auf einen solchen Sensor können mehrere derartige Brückenschaltungen beliebig aneinander gereiht sein. Torsionsmessungen können dabei auch erfolgen, wenn die Brückenwiderstände in einer oder in mehreren Ebenen angeordnet sind und führen zum gleichen biegekompensierten Ergebnis.Several such bridge circuits can be connected to such a sensor can be lined up as desired. Torsion measurements can also be made occur when the bridge resistances are in one or more levels are arranged and lead to the same bend-compensated result.

Eine Biegekompensation kann auch erreicht werden, wenn zwei Brücken schaltungen vorhanden sind, wobei die Widerstände der einen Brücke in Positionen r<r₀ und die Widerstände der anderen Brücke in Positionen r<r₀ angeordnet sind, wodurch die biegebedingten Fehler jeweils unter schiedliche Vorzeichen aufweisen und die Beträge der Fehler gleich groß sind.Bending compensation can also be achieved if two bridge circuits are present, the resistances of one bridge being arranged in positions r <r ₀ and the resistances of the other bridge being arranged in positions r <r ₀ , as a result of which the bending-related errors have different signs and the amounts of errors are the same.

Claims

1. Bending and shear force-insensitive mechanical-electrical transducers, consisting of a strain-sensitive resistors have the bridge circuit, the strain-sensitive resistors are arranged directly on a component having an approximately rectangular cross-section, to which torsion forces act directly without intermediate supports, whereby a torsion of the component causes expansion of the thick-film resistors corresponding electrical signal on the bridge circuit is removable, characterized in that the strain- sensitive resistors (R1, R2, R3, R4) on the component ( 1 ) are arranged in a circle-like manner, each with a resistance (R1, R3) of the first The bridge branch is arranged diagonally to a resistor (R4, R2) of the second bridge branch, each in a position (r) in which the change in resistance takes on the same values under all common bending loads, as a result of which the output signal (U _Q ) only depends on the torsional load.

2. Mechanical-electrical converter according to claim 1, characterized in that the strain-sensitive resistors (R1, R2, R3, R4) are arranged at a bending load around the rigid axis of the component ( 1 ) so that the change in resistance of the resistors (R1 , R3, R2, R4) of a bridge branch with the same amount runs opposite.

3. Mechanical-electrical converter according to claim 1 or 2, characterized in that the strain-sensitive resistors (R1, R3; R2, R4) of a bridge arm at a bending load around the soft bending axis of the component ( 1 ) has approximately identical Resistance changes.

4. Mechanical-electrical converter according to claim 1, characterized in that the strain-sensitive resistors (R1, R2, R3, R4) of the bridge branches outside a, on the surface ( 8 ) of the component ( 1 ) extending recess ( 3 ), this comprehensive, are arranged.

5. Mechanical-electrical converter according to claim 4, characterized in that the component ( 1 ) in its edge region radial A indentations ( 9 , 10 , 11 , 12 ) and the recess ( 3 ) has radial areas, each with a radial registration ( 9 , 10 , 11 , 12 ) and a radial area of the recess ( 3 ) is assigned to a resistor (R1, R2, R3, R4) which is connected to a connecting line ( 13 ) of the first radius of the indentation ( 9 , 10 , 11 , 12 ) and a second radius of the recess ( 3 ) is arranged.

6. Mechanical-electrical converter according to claim 5, characterized in that the recess ( 3 ) is circular, with each resistor (R1, R2, R3, R4) radially with approximately the same Win distances between the recess ( 3 ) and in its longitudinal extent is arranged perpendicular to the connecting line ( 13 ).

7. Mechanical-electrical converter according to one of the preceding claims, characterized in that the resistors (R1, R2, R3, R4) are arranged on the flat surface ( 8 ) of the metal component ( 1 ).

8. Mechanical-electrical converter according to claim 7, characterized records that the resistors (R1, R2, R3, R4) as thick film wi the resistances are formed, the sensitivity of which to manufacture Resistance paste used with respect to a Longitudinal and transverse elongation is different.

9. Mechanical-electrical converter according to claim 7 or 8 thereby characterized that the thick film resists for torsion measurement stands (R1, R2, R3, R4) are arranged on one level.

10. Mechanical-electrical converter according to claim 7 or 8 thereby characterized that the thick-film resistance to torsion measurement de (R1, R2, R3, R4) are arranged in two or more levels.

11. Mechanical-electrical converter according to claim 1, characterized in that two bridge circuits are present, the resistors of the first bridge circuit being arranged in a position r ₁ <r ₀ and the resistances of the second bridge circuit being in a position r ₂ <r ₀ , the positions r ₁ and r _{2 have the} same difference in amount from the position r ₀ .