DE19801569A1 - Fehlerberichtigender Drehmomentsensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Drehmomentsensor zum Messen des Betrags des Drehmoments, das auf ein drehbares Element aufgebracht wird.

Das Erfordernis für zuverlässige und kostengünstige Drehmomentsensoren ist bei Anwendungen wie elektrischen Servolenksystemen bei Kraftfahrzeugen gestiegen. Die vorliegende Erfindung schafft einen Sensor zum Messen des Drehmoments, der auf ein Torsionsstangensystem auf­ gebracht wird, das mit einem segmentierter Welle verse­ hen ist, der mit einer nachgiebigen Torsionsstange, die die Segmente miteinander verbindet, aufweist, wie dies in dem Stand der Technik bekannt ist. In den meisten Fällen wird ein Wellensegment einen kleineren Durchmes­ ser relativ zu dem anderen Wellesegment haben. Einen Drehmoment, das auf das eine Ende der Welle aufgebracht wird, verursacht eine Drehung des ersten Wellensegments relativ zu dem zweiten Wellensegment aufgrund der Nach­ giebigkeit der Torsionsstange. Der Betrag des Drehmo­ ments, das auf die Welle aufgebracht wird, kann in ge­ eigneter Weise aus der Relativbewegung zwischen den bei­ den Wellensegmenten hergeleitet werden.

Bekannte Drehmomentsensoren verwendeten eine Kombination von Rotoren, die an jedem Wellensegment angebracht wa­ ren, um die Relativbewegung zwischen den Wellensegmenten zu messen. Ein erster "Drehmoment-Rotor" ist an dem Wel­ lensegment mit geringerem Durchmesser angebracht, ein zweiter "Kreisrotor" ist an dem Wellensegment mit größe­ rem Durchmesser angebracht. Der Kreisrotor liefert eine Signalbezugsspannung und eine Signalmasse an ein Wider­ standselement. Der Drehmoment-Rotor liefert ein Signal­ kontakt, der entlang dem Widerstandselement reitet ent­ lang einem Punkt zwischen der Signalbezugsspannung und der Signalmasse, die von dem Kreisrotor geliefert wer­ den. Das Widerstandselement wirkt als Spannungsteiler zwischen der positiven Bezugsspannung und dem Drehmo­ mentkontakt und dem Drehmomentkontakt und dem Massepo­ tential. Die Ausgangsspannung des Sensors, die an dem Drehmomentkontakt gemessen wird, wird irgendwo zwischen dem Bezugsspannungspotential und dem Massepotential lie­ gen. Wenn ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird, drehen sich die beiden Wellensegmente relativ zueinan­ der. Die Relativbewegung der beiden Wellensegmente be­ wirkt, daß sich der Drehmomentkontakt in Beziehung zu der Masse und der Bezugsspannung bewegt unter Bewegung entweder näher zu der Bezugsmasse und weiter - weg von dem Bezugssignal oder näher - zu dem Bezugssignal und weiter weg von der Bezugsmasse, abhängig von der Richtung des aufgebrachten Drehmoments. In jedem Fall ändert sich die Ausgangsspannung an dem Drehmomentkontakt, wenn sich der Kontakt entlang dem Widerstandselement bewegt. Die Aus­ gangsspannung erhöht sich, wenn sich der Drehmomentkon­ takt näher zu dem Bezugssignal bewegt und nimmt ab, wenn sich der Drehmomentkontakt in Richtung auf die Bezugs­ masse bewegt. Der Sensor liefert so ein Ausgangsspan­ nungssignal, das proportional zu dem Betrag des Drehmo­ ments ist, das auf die Welle aufgebracht wird.

Bei einer Ausbildung wird das Widerstandselement als ein Bogen aus einem einen Widerstand bildenden Material aus­ gebildet, das direkt auf die Fläche des Kreisrotors auf­ gebracht ist. Die Signalbezugsspannung wird an das eine Ende des Bogens aufgebracht und ein Massepotential wird auf das andere Ende aufgebracht. Der Drehmomentkontakt erstreckt sich von dem Drehmomentrotor und gleitet ent­ lang der Fläche des Bogens. Bei beiden Rotoren können sich gemeinsam frei drehen, wenn die Welle gedreht wird. Wenn jedoch ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird, drehen sich die beiden Rotoren relativ zueinander und der Drehmomentkontakt bewegt sich entlang dem Wider­ standsbogen, wie es oben beschrieben worden ist, wodurch ein Drehmomentsignal erzeugt wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung ist das Widerstandsele­ ment auf einer gesonderten, ortsfesten gedruckten Schaltkarte ausgebildet. Das Element ist kreisförmig und die Kontaktelemente erstrecken sich von beiden Rotoren, um entlang der Fläche des Widerstandselements zu reiten, wenn sich die Welle dreht. Sowohl der Signalbezugsspan­ nungskontakt als auch der Massebezugskontakt erstrecken sich von dem Kreisrotor und der Drehmomentsignalkontakt erstreckt sich von dem Drehmomentrotor. Bei einer geeig­ neten Ausrichtung erstreckt sich der Drehmomentkontakt von dem Drehmomentrotor an einem Punkt direkt zwischen dem Signalbezugsspannungskontakt und dem Massebezugskon­ takt von dem Kreisrotor. Ein Drehmoment, das auf die Welle aufgebracht wird, bewirkt, daß die Rotoren sich relativ zueinander bewegen, wodurch eine Relativbewegung der beiden Kontakte zueinander verursacht wird, was ih­ ren Relativabstand entlang dem Widerstandselement än­ dert. Das Widerstandselement wirkt als Spannungsteiler, das Ändern des Widerstandsverhältnisses zwischen dem Drehmomentkontakt und dem Signalbezugskontakt erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zu dem Betrag des Drehmoments ist, das auf die Wellenanordnung aufgebracht wird, wie oben beschrieben.

Bei einer anderen Ausgestaltung ist es erforderlich, zwei unabhängige Ausgangssignale zu erzeugen, um die Zu­ verlässigkeit des Sensors zu verbessern. Im allgemeinen werden die Kontaktanordnungen, wie oben beschrieben wor­ den ist, um 180° gesondert von einem ersten Satz von Kontakten sein. Der zweite Satz von Kontakten arbeitet genau wie der erste, mit Ausnahme, daß die Polarität um­ gekehrt ist. Wenn ein Drehmoment in eine Richtung aufge­ bracht wird, wird dies bewirken, daß das erste Dreh­ momentausgangssignal zunimmt, dasselbe Drehmoment wird bewirken, daß das zweite Ausgangssignal abnimmt, und um­ gekehrt. Im Ergebnis finden wir zwei Ausgangssignale mit entgegengesetzten Polaritäten.

Ein Problem bei dem bekannten Ausbildungen derartiger Sensoren besteht darin, daß sie gegenüber Fehlmessungs­ problemen anfällig sind. Typischerweise werden die bei­ den Wellensegmente nicht exakt entlang der Drehachse der Welle zentriert sein. Die Nachgiebigkeit der Torsions­ stange und übliche Herstellungstoleranzen können zu ei­ nem Versatz von bis zu 1 mm zwischen den Wellensegmenten führen. Aufgrund eines solchen Versatzes sind die Dreh­ momentkontakte an dem Drehmomentrotor nicht immer genau mit den Signalbezugskontakten, die von dem Kreisrotor gebildet werden, ausgerichtet. Wenn die Wellensegmente nicht ausgerichtet sind, sind die Drehmomentkontakte nicht zwischen den Bezugspunkten zentriert und der Sen­ sor gibt falsche Drehmomentsignale aus. Um dies Problem zu illustrieren, sei eine positive Bezugsspannung von +5,0 V angenommen, die von dem Kreisrotor angelegt wird. Bei einer richtigen Ausrichtung der beiden Wellensegmen­ te wird dann, wenn ein Drehmoment auf die Welle aufge­ bracht wird, jeder der beiden Drehmomentkontakte gegen das Widerstandselement an Punkten positioniert sein, der genau auf halben Weg zwischen dem Bezugspunkt mit +5,0 V und Masse positioniert sein. Der Spannungsabfall von 5,0 V zwischen dem +5,0 V Signal und dem Massesignal wird genau von den Drehmomentkontakten geteilt, so daß die Spannung an jedem Drehmomentkontakt 2,5 V sein wird. Bei einer Verwendung einer Signalbezugsspannung 5,0 V wird, mit anderen Worten, eine Ausgangsspannung von +2,5 V an­ gegeben, das ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird. Wenn ein Drehmoment auf die Welle im Uhrzeigersinn aufgebracht wird, wird sich der Drehmomentrotor relativ zu dem Kreisrotor drehen. Der erste Drehmomentkontakt wird sich entlang dem Widerstandselement in Richtung auf den 5,0-V-Punkt und der zweite Drehmomentkontakt wird sich in Richtung auf den Massepunkt bewegen. In Abhän­ gigkeit von dem Betrag des aufgebrachten Drehmoments wird die Spannung an dem ersten Drehmomentkontakt in Richtung auf +0,5 V zunehmen und die Spannung an dem zweiten Drehmomentkontakt wird in Richtung auf 0,0 V ab­ nehmen. Eine Ausgangsspannung an dem ersten Drehmoment­ signal, das größer als +2,5 V ist und eine Ausgangsspan­ nung des zweiten Drehmomentsignals, das geringer als -2,5 V ist, wird angeben, daß ein Drehmoment im Uhrzei­ gersinn aufgebracht worden ist, der Betrag des aufge­ brachten Drehmoments ist proportional zu der Änderung der Spannung von +2,5 V zu dem Ausgang, der an dem Dreh­ momentkontakt gemessen wird. Umgekehrt wird eine Aus­ gangsspannung des ersten Drehmomentsignals, das geringer als -2,5 V ist und ein Ausgangssignal an dem zweiten Drehmomentsignal, das größer als +2,5 V ist angeben, das ein Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn aufgebracht wird, wobei der Betrag des Drehmoments proportional zu der Größe der Spannungsänderung von +2,5 V ist. In jedem Fall wird der Betrag der positiven Spannungsänderung an einem Drehmomentkontakt gleich dem Betrag der negativen Spannungsänderung an dem anderen Drehmomentkontakt sein, da die beiden Kontakte auf demselben Rotor befestigt sind und sich gemeinsam bewegen.

Falls jedoch die beiden Wellensegmente fehl ausgerichtet sind, wird die Spannung an den beiden Drehmomentaus­ gangssignalen sich nicht wie erwartet verhalten. Da die beiden Wellen außermittig sind, werden die Drehmoment­ kontakte nicht direkt zwischen dem Signalspannungs­ bezugskontakt und dem Massebezugskontakt liegen. Bei Ruhestellung oder aber bei einem Null-Drehmomentsignal wird etwas anderes als die Hälfte der Signalbezugsspan­ nung gemessen. Falls beispielsweise wiederum eine +5,0 V Signalbezugsspannung verwendet wird, können Drehmoment­ signale von +2,5 V an jedem der Drehmomentausgangskon­ takte erwartet werden. Falls die beiden Wellensegmente jedoch derart fehl ausgerichtet sind, daß die beiden Drehmomentausgangskontakte in Richtung auf ihre jeweili­ gen Massebezugspunkte verschoben sind, würde die Span­ nung an den beiden Ausgangskontakten geringer als 2,5 V sein, obwohl kein Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird. Wenn die beiden Signale unterhalb von 2,5 V sind, ist es offensichtlich, daß ein Fehler vorliegt, da das Drehmoment, das auf die Welle aufgebracht wird, unter normalen Bedingungen einen Signalanstieg von mehr als 2,5 V und das andere weniger als 2,5 V abfallen wird.

Unter diesen Bedingungen kann dann, wenn beide Signale gleich sind, angenommen werden, daß kein Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird. Wenn jedoch die beiden Sig­ nale nicht gleich sind, ist es unmöglich, zu bestimmen, welches Drehmoment aufgebracht ist.

Es besteht daher Bedarf an einem Drehmomentsensor, der auch bei einem Versatz der Wellensegmente noch ein genaues Ausgangssignal liefert, das zu dem Betrag des Drehmoments, das auf die Welle aufgebracht wird, propor­ tional ist. Ein solcher Sensor sollte dazu in der Lage sein, die Relativpositionen der beiden gesonderten Wel­ lensegmente, die durch eine nachgiebige Torsionsstange verbunden sind, zu beobachten. Ein solcher Sensor sollte es erlauben, daß sich die Welle frei dreht und sollte weiter wenigstens ein Ausgangssignal liefern, das pro­ portional zu dem Betrag des Drehmoments, das auf die Welle aufgebracht wird, ist, unabhängig davon, ob die beiden Wellensegmente vollständig miteinander ausgerich­ tet sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen zuverlässigen und kostengünstigen Drehmomentsensor zu schaffen. Dabei soll ein Drehmomentsensor geschaffen werden, der dazu in der Lage ist, ein genaues Ausgangs­ spannungssignal zu schaffen, das proportional zu dem Be­ trag des Drehmoments, das auf eine drehbare Welle aufge­ bracht wird, ist.

Es soll weiter ein Drehmomentsensor geschaffen werden, der zwei unabhängige Drehmomentsignale mit unterschied­ lichen Polaritäten erzeugt, von denen auf dem Subtrakti­ onsweg ein Mittelwert gebildet werden kann, um Signal­ fehler zu kompensieren, die aufgrund einer Fehlausrich­ tung der verschiedenen Sensorkomponenten eingeführt wor­ den ist.

Dabei soll weiter ein Drehmomentsensor mit zwei unabhän­ gigen Kontaktträgern geschaffen werden, die von einem ersten Wellensegment getragen werden und mit einem Kreisrotor zusammenwirken, der von einem zweiten Wellen­ segment angetrieben wird, um zwei Drehmomentsignale, die voneinander unabhängig sind, zu erzeugen.

Durch die vorliegende Erfindung soll nach einem anderen Gesichtspunkt ein Drehmomentsensor geschaffen werden, der zwei voneinander unabhängige Kontaktträgerelemente aufweist, die direkt an einem Kreisrotor gekoppelt sind, so daß die Bewegung der Kontaktträgerwelle tief zu dem Kreisrotor bezüglich einer Winkeldrehung um die Rotati­ onsachse des Kreisrotors begrenzt ist.

Dabei soll nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Drehmomentsensor geschaffen werden, der zwei unabhängige Kontaktträger hat, die von gesonderten Drehmomenttreibern angetrieben werden, die fest an einem ersten Wellensegment befestigt sind.

Es soll weiter ein Drehmomentsensor mit zwei unabhängi­ gen Kontaktträgern und einem gesonderten Drehmomenttrei­ ber geschaffen werden, die so ausgebildet sind, daß nur eine Wegbewegung, die mittig um die Drehachse des Kreis­ rotors zentriert sind, von dem Drehmomenttreiber auf die Kontaktträger übertragen wird, und daß jede Bewegung, die anders gerichtet ist, von der Verbindung zwischen dem Drehmomenttreiber und den Kontaktträgern absorbiert wird.

Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung eines gegenwärtig bevorzugten Ausführungs­ beispiels der Erfindung.

Bei dem gegenwärtigen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Drehmomentsensor zum Messen des Betrags des Drehmoments, das auf eine drehbare Welle aufgebracht wird, geschaffen. Die Welle ist ein Zweisegment-Tor­ sionsstangensystem, wobei die beiden gesonderten Wellen­ segmente über eine nachgiebige Torsionsstange miteinan­ der verbunden sind. Wenn ein Drehmoment auf das eine Ende der Welle aufgebracht wird, drückt sich die Torsi­ onsstange zusammen und die beiden Wellensegmente drehen sich leicht relativ zueinander. Durch Messen des Betrags der Drehung zwischen den beiden Wellensegmenten ist es möglich, den Betrag des Drehmoments zu messen, das auf die Welle aufgebracht wird. Die vorliegende Erfindung mißt die Relativpositionen der beiden Wellensegmente durch Beobachten der Interaktion der beiden Rotoren, die fest an jedem der Wellensegmente befestigt sind. Die beiden Rotoren sind mit elektrischen Kontakten versehen, die es ihnen erlauben, mit einem Widerstandselement zu­ sammenzuwirken. Aufgrund des Zusammenwirkens der elek­ trischen Kontakte mit dem Widerstandselement wird ein Spannungssignal entwickelt, das zu dem Betrag des Dreh­ moments, das auf die Welle aufgebracht wird, proportio­ nal ist.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Wider­ standselement als kreisförmiges Muster auf einer ortsfe­ sten gedruckten Schaltkarte, die an dem Sensorgehäuse befestigt ist, ausgebildet. Die gedruckte Schaltkarte ist derart befestigt, daß das Widerstandselement zu der Drehachse der Welle zentriert ist. Kontaktelemente erstrecken sich von den beiden Rotoren, um das Wider­ standselement zu berühren, um so ein Drehmomentsignal zu erzeugen, wie dies in dem Stand der Technik bekannt ist. Alternative Anordnungen der Rotorkontakte und des Wider­ standselements, sind weiter in dem Stand der Technik bekannt, etwa die Anordnung von Widerstandsbögen direkt auf einem der Rotoren und das Aufbringen von Bezugsspan­ nungen direkt an jedem Ende der Bögen. Das neue Merkmal der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Steuern der Relativbewegung zwischen den Rotoren und der Manipu­ lation der sich ergebenden Signale. Der Schutzbereich der Erfindung ist nicht auf eine besondere Ausgestaltung der Signalkontakte und des Widerstandselements bezogen.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, wie gesagt, das Widerstandselement auf einer gesonderten gedruckten Schaltkarte, die an dem Sensorgehäuse befestigt ist, ausgebildet. Die Bezugskontakte erstrecken sich von einem "Kreisrotor" derart, daß sie gegenständlich das Widerstandselement berührt. Wenn sich der zweite Rotor mit der Welle dreht, laufen die Signalbezugskontakte um das Widerstandselement um. Die beiden Sätze von Signal­ bezugskontakten, die jeweils einen Signalspannungs­ bezugskontakt und einen Signalmassebezugskontakt aufwei­ sen, werden von dem Kreisrotor etwa 180° gesondert von­ einander zugeführt.

Die beiden Sätze von Kontakten sind mit der Ausnahme identisch, daß ihre Polarität umgekehrt ist. Die umge­ kehrte Polarität bewirkt, daß die beiden Ausgangssigna­ le, die jedem der Kontaktsätze zugehörig sind, eine ent­ gegengesetzte Polarität haben, wenn ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird. Auf den gegenüberliegenden Seiten des Kreisrotors sind ein Paar von bogenförmigen Eindrückungen in der Nähe des inneren Umfangs des Kreis­ rotors ausgebildet, um die entsprechenden bogenförmigen Rippen, die an einem Paar von Kontaktträgerelementen ausgebildet sind, welche von einem gesonderten "Drehmomenttreiber"-Rotor ausgebildet sind, zu ergrei­ fen. Die bogenförmigen Eindrückungen und die bogenförmi­ gen Rippen bilden gemeinsam eine Kupplung vom Oberflä­ chentyp, so daß die Relativbewegung der Kontaktträger bezüglich des Kreisrotors bei einer Winkelbewegung be­ grenzen, die auf der Drehachse des Kreisrotors zentriert ist.

Der zweite Rotor oder der Drehmomenttreiber ist an dem zweiten Wellensegment angebracht. Der Drehmomenttreiber wird verwendet, um zwei unabhängige Drehmomentsignalkon­ taktträger in Bezug auf den Kreisrotor anzutreiben. Der Drehmomenttreiber weist ein Paar von Armen auf, die sich radial von dem Drehmomenttreiber um 180° versetzt er­ strecken. Die Treiberblöcke erstrecken sich senkrecht von dem Ende jedes Arms in der Richtung des Kreisrotors. Die Treiberblöcke definieren radiale Schlitze zum Er­ greifen von Treiberstiften, die sich von den Kontaktträ­ gern erstrecken. Die Treiberblöcke wirken auf die Kon­ taktstifte, um die Kontaktträger anzutreiben, wenn sich der zweite Rotor dreht.

Die Drehmomentsignalkontakte erstrecken sich von den zweiten unabhängigen Kontaktträgern, um mit den Bezugs­ spannungskontakten des Kreisrotors und dem Widerstands­ band zusammenzuwirken. Treiberstifte sind in der Nähe des äußeren Umfangs der Kontaktträger ausgebildet, um die geschlitzten Treiberblöcke des Treiberrotors zu er­ greifen. Der Durchmesser der Stifte ist der Breite der Schlitze gleich, so daß eine Bewegung des Drehmoment­ treibers, die kreisförmig um die Achse des Kreisrotors gerichtet ist, direkt auf die Kontaktträger übertragen wird. Die Schlitze sind jedoch derart verlängert, daß die Bewegung des Drehmomenttreibers, die anders als im Drehsinn um die Achse des Kreisrotors ausgerichtet sind, von der Überschußlänge des Schlitzes aufgenommen wird und keine Auswirkung auf die Position der Kontaktträger relativ zu dem Kreisträger hat. Wenn der Drehmomenttrei­ ber und der Kreisrotor geringfügig gegeneinander ver­ setzt sind aufgrund einer Fehlausrichtung der beiden Wellensegmente, wird nur eine reine Drehbewegung zwi­ schen den beiden Wellensegmenten auf die Drehmomentsig­ nalkontakte übertragen, was verhindert, daß ein Versatz­ fehler auf die Signale übertragen wird.

Bei einer solchen Ausgestaltung wird dann, wenn die Wel­ lensegmente gegeneinander versetzt sind, das Drehmoment­ signal, das von den Drehmomentkontakten erkannt wird, zu dem Betrag des aufgebrachten Drehmoments proportional sein wird, wobei die Amplitude dieser Signale sich nicht wie erwartet verhalten wird im Vergleich dazu, wenn die beiden Segmente richtig ausgerichtet sind. Die Signale müssen daher justiert werden. Ein wahres Drehmomentsig­ nal kann durch Subtrahierendes zweiten Signals von dem ersten Signal und Teilen durch zwei hergeleitet werden. Das Ergebnis ist ein Spannungssignal, das direkt zu dem Betrag des Drehmoments, das auf die Welle aufgebracht wird, proportional ist. Ein Null-Drehmoment wird zu ei­ ner Signalspannung von Null-Volt führen. Ein Drehmoment, das in eine Richtung aufgebracht wird, wird zu einem po­ sitiven Spannungssignal führen und ein Drehmoment in der anderen Richtung wird zu einem negativen Spannungssignal führen. Das maximale Drehmoment, das in eine Richtung aufgebracht wird, wird zu einem Signal führen mit einer Amplitude, das der Hälfte der Signalbezugsspannung, die auf den Kreisrotor aufgebracht wird, gleich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine isometrische Explosionsansicht eines Drehmomentsensors nach der vorliegenden Erfin­ dung, die die Oberfläche der verschiedenen Sensorkomponenten verdeutlicht,

Fig. 2 ist eine isometrische Explosionsansicht eines Drehmomentsensors nach der vorliegenden Erfin­ dung, die die untere Fläche der verschiedenen Sensorkomponenten wiedergibt,

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine ortsfeste Scheibe nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die die Position der verschiedenen Kontakte dann, wenn die Wellensegmente richtig miteinander ausgerichtet sind, zeigt,

Fig. 4 ist eine Draufsicht der ortsfesten Scheibe von Fig. 3, die die Positionen der verschiedenen Kontakte dann, wenn die Wellensegmente in ei­ ner ersten Richtung fehlausgerichtet sind, wiedergibt, und

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die ortsfeste Scheibe von Fig. 3, die die Position der verschiedenen Kontakte dann, wenn die beiden Segmente in ei­ ner von derjenigen, die in Fig. 4 gezeigt ist, entgegengesetzten Richtung ausgerichtet sind, wiedergibt.

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Drehmomentsensor zum Messen des Betrags des Drehmoments, das auf eine drehbare Welle aufgebracht wird, gerichtet. Die Welle, auf die das zu messende Drehmoment ausgerichtet ist, muß sich frei für wenigstens einige Umdrehungen drehen kön­ nen, etwa bei einer Lenksäule, die von einer extremen linken Position in eine extreme rechte Position gedreht wird. Der Drehmomentsensor nach der vorliegenden Erfin­ dung ist dazu ausgebildet, das Drehmoment auf eine Welle aufgebrachte Drehmoment, das auf eine Welle aufgebrachte Drehmoment zu messen, die aus zwei Wellensegmenten besteht, die von einer nachgiebigen Torsionsstange ver­ bunden werden, wobei das Drehmoment gemessen wird, indem die Nachgiebigkeit der Torsionsstange beobachtet wird, wenn die beiden Wellensegmente sich relativ zueinander in Antwort auf ein auf dieses aufgebrachte Drehmoment dreht, gemessen wird.

Es wird jetzt die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen isometrische Explosionsansichten eines Drehmoment­ sensors nach der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf den Sensor und Fig. 2 zeigt eine perspektivische Bodenan­ sicht. Die hier verwendeten Begriffe "oben" und "unten" dienen lediglich der Demonstration. Der Sensor selbst kann effektiv in jeder räumlichen Ausrichtung montiert sein und die hier besonders dargestellte Ausrichtung sollte nicht als den Schutzbereich der Erfindung in ir­ gendeiner Weise beschränkend angesehen werden.

Ein Drehmomentsensor 100 ist zum Messen des auf eine drehbare Welle 102 aufgebrachten Drehmoments darge­ stellt. Die Welle besteht aus einem ersten Wellensegment 104 und einem zweiten Wellensegment 106. Bei dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel hat das erste Wellensegment 104 einen etwas größeren Durchmesser als das zweite Wel­ lensegment 106. Das erste und das zweite Wellensegment 104, 106 sind durch eine nachgiebige Torsionsstange 107 miteinander verbunden. Der Sensor 100 weist ein Gehäuse 108, eine ortsfeste, gedruckte Schaltkarte 110, einen ersten "Kreis"-Rotor 112, ein erstes Paar von Kontakt einsätzen 114, 115, erste und zweite Kontaktträger 116, 118, entsprechende Signalkontakteinsätze 120, 122 und einen zweiten "Drehmomenttreiber"-Rotor 124 sowie eine Abdeckung 125 auf.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 wird jetzt die ortsfeste, gedruckte Schaltung 110 beschrieben. Eine Scheibe 110, die aus einem Isolationsmaterial wie CERMET oder FR4 gebildet ist, ist in der Nähe der Rückwandung 126 des Gehäuses 108 montiert. Eine Reihe von kreisför­ migen Elementen ist auf der Innenfläche 128 der Scheibe 110 ausgebildet. Die inneren Element 130 und 132 sind aus einem hochleitfähigen Material, etwa Kupfer, gebil­ det. Die beiden inneren Element sind elektrisch mit elektrischen Anschlüssen V_cc und GND miteinander verbun­ den, wo sie mit einer äußeren Spannungsquelle zum Auf­ bringen eines Bezugsspannungssignals und eines Signal­ massebezugssignals verbunden werden können. Die inneren Bahnen 130, 132 liefern die Massebezugsspannung und die Signalspannungsbezugssignale an den Kreisrotor 112. Die Bahn 134 besteht aus einem Widerstandsmaterial und bil­ det eine konstante lineare Spannung über den Umfang der Bahn. Die Widerstandsbahn 134 wird zum Ableiten der Drehmomentsignalausgänge von dem Sensor verwendet. Die äußeren Bahnen 133, 135 repräsentieren Ausgangsspan­ nungsbahnen. Die Ausgangsbahn 133 ist mit einem Aus­ gangsanschluß T₁ versehen und repräsentiert einen ersten Drehmomentsignalausgang von dem Sensor 100. Die Aus­ gangsbahn 135 ist mit einem Ausgangsanschluß T₂ verbun­ den und stellt einen zweiten Drehmomentsignalausgang von dem Sensor 100 dar.

Zurück zu den Fig. 1 und 2, anhand derer der Kreisro­ tor 112 genauer erläutert werden wird. Der Kreisrotor 112 ist fest mit dem ersten Wellensegment 104 mit größe­ rem Durchmesser mittels eines (nicht gezeigten) kreis­ förmigen Federelements verbunden, das direkt auf der Welle klemmt. Radial vorragende Nasen erstrecken sich von dem Federelement, um Schlitze 112 zu ergreifen, die mit regelmäßigem Abstand auf dem inneren Umfang des Kreisrotors 112 ausgebildet sind. Die Nasen auf dem Fe­ derelement und die Schlitze auf dem Kreisrotor bilden eine direkte Kupplung, wobei die Winkelbewegung des Wel­ lensegments 104 direkt auf den Kreisrotor 112 übertragen wird.

Zwischen dem Kreisrotor 112 und der ortsfesten Scheibe 110 sind erste Kontakteinsätze 114, 115 eingesetzt. Die Kontakteinsätze 114, 115 werden in Drehrichtung von dem Kreisrotor 112 angetrieben. Die Kontakteinsätze 114, 115 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebil­ det und weisen eine Reihe von elektrischen Kontakten auf, die dann, wenn der Sensor 100 montiert wird, ent­ lang der verschiedenen Bahnen reitet, die auf der orts­ festen Scheibe 110 ausgebildet sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Kontakteinsätze 114, 115 aus Palieney 6, einem Material, das von NEY, Inc. of Connecticut hergestellt wird. Ein Kontakt 136, der das Massebezugssignal liefert, reitet entlang der Signalmas­ sebezugsbahn 130 und liefert eine Signalbezugmasse an den Kontakteinsatz 114. Der Kontakt 138, der den Signal­ spannungsbezug liefert, reitet entlang der Signalspan­ nungsbezugsbahn 132 und liefert ein Bezugsspannungssig­ nal an den Kontakteinsatz 115. Der Kontakt 136 für das Massebezugssignal ist elektrisch mit einem ersten Masse­ signalbezugskontakt 140 und einem zweiten Massebezugs­ signalkontakt 142 verbunden. Der Bezugssignalspannungs­ zufuhrkontakt 138 ist elektrisch mit dem ersten Bezugs­ signalspannungskontakt 144 und dem zweiten Bezugssignal­ spannungskontakt 146 verbunden. Die Kontakte 140, 142, 144 und 146 reiten entlang der Widerstandsspur 134 und drehen sich gemeinsam mit dem Kreisrotor 112. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Bezugssignal­ spannungskontakt 114 und der erste Bezugssignalmassekon­ takt 140 um 20° voneinander beabstandet, wie dies der zweite Bezugssignalspannungskontakt 146 und der zweite Bezugssignalmassekontakt 142 sind. Der Abstand von 20° zwischen dem Spannungsbezugskontakt und dem Massebezugs­ kontakt stellen die physikalische Grenze dafür dar, wie sich die beiden Wellensegmente 140 und 146 relativ zu­ einander verdrehen dürfen. Da das Ausmaß der Relativdre­ hung zwischen den Wellensegmenten sich direkt mit dem Betrag des Drehmoments ändert, das auf die Welle aufge­ bracht wird, repräsentiert der Abstand zwischen dem Spannungsbezugskontakt und dem Massebezugskontakt die Grenzen des Drehmoments des Sensors 6. Obwohl ein Ab­ stand von 20°, wie er hier vorgeschlagen wird, den ge­ genwärtig bevorzugten Abstand bildet, versteht es sich, daß ein anderer Abstand gewählt werden kann, um einen Drehmomentsensor mit unterschiedlichen Eigenschaften zu bilden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlas­ sen.

Da der erste Signalbezugsspannungskontakt 144 mit dem Bezugsspannungszufuhrkontakt 138 verbunden ist und da die Signalbezugsmasse 140 mit dem Bezugsmassesignalzu­ fuhrkontakt 136 verbunden sind, ist der Spannungsabfall, der entlang der Widerstandsbahn zwischen den Kontakten 144 und 140 auftritt, dem Spannungsabfall zwischen der Bezugsspannungssignalbahn 132 und der Signalspannungs­ massebahn 130, wie er durch V_cc und GND geliefert wird, gleich. Ein gleicher Spannungsabfall tritt zwischen dem zweiten Bezugssignalspannungskontakt 146 und dem zweiten Signalbezugsmassekontakt 142 auf.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Kreisrotors 112 sind, wie Fig. 2 zeigt, ein Paar von fächerförmigen Ein­ drückungen 148, 150 an den gegenüberliegenden Enden des Kreisrotors 112 zum Aufnehmen von Kontaktträgern 116, 118 ausgebildet. Jede der fächerförmigen Eindrückungen ist in radialer Richtung durch bogenförmige Stufen 151, 153 am Innendurchmesser und durch den Außendurchmesser des Kreisrotors 112 befestigt. Die bogenförmigen Verbin­ dungen jedes der fächerförmigen Eindrückungen werden durch die Seitenwandungen 155, 157 begrenzt. Die Stufen 151, 153 des Innendurchmessers und der Außendurchmesser der Kreisrotors 112 wirken als Führungen zum Richten der Relativbewegung zwischen den Kontaktträgern 116, 118 und des Kreisrotors 112.

Auch die Kontaktträger 116, 118 sind fächerförmig mit Innendurchmessern 154, Außendurchmessern 156 und ge­ streckten radialen Seiten 158, die sich zwischen diesen erstrecken, ausgebildet. Der Radius jedes Innendurchmes­ sers 154 jedes der Kontaktträger 116, 118 ist derselbe wie der Radius der entsprechenden bogenförmigen Stufe 151, 153 der radialen Eindrückungen 148, 150, denen der Innendurchmesser 154 der Kontaktträger 116, 118 ent­ spricht. Der Radius der Außendurchmesser der Kontaktträ­ ger 116, 118 ist derselbe wie der Innendurchmesser des Gehäuses 108. Die Winkelbreite der Kontaktträger 116, 118 ist jedoch geringer als die Winkelbreite der Ein­ drückungen 148, 150, so daß dann, wenn die Kontaktträger 116, 118 innerhalb der Eindrückungen 148, 150 plaziert sind, die frei sind, sich von Seite zu Seite innerhalb des Winkels, der die Eindrückungen 148, 150 beschränkt, zu verlagern.

Die untere Fläche der Kontaktträger 115, 118 sind mit einer gestuften Kontur ausgebildet, so daß ein Außenab­ schnitt 163 jedes Kontaktträgers 116, 118 dicker als der entsprechende Innenabschnitt 167 ist. Eine bogenförmige Rippe 171, die denselben Durchmesser wie der Außendurch­ messeer des Kreisrotors 112 hat, teilt den breiteren äu­ ßeren Abschnitt 163 von dem engeren inneren Abschnitt 167. Wenn der Sensor 100 montiert wird, wird der innere, engere Abschnitt 167 jedes Kontaktträgers 116, 118 in die Eindrückungen 148, 150 eingesetzt und der äußere, weitere Abschnitt 1163, 165 wird zwischen dem äußeren Durchmesser des Kontaktträgers 112 und dem Innendurch­ messer 108 angeordnet. Die verschiedenen gekurvten Flä­ chen der Kontaktträger 116, 118 entsprechen den ver­ schiedenen gekrümmten Flächen des Kreisrotors 112 und des Gehäuses 108, um die Relativbewegung der Kontaktträ­ ger 116, 118 bezüglich des Kreisrotors 112 zu begrenzen und zu führen. Die Innendurchmesser 154 stoßen gegen die bogenförmigen Stufen 151, 153 des inneren Durchmessers, die gebogenen Rippen 171 stoßen gegen den Außendurchmes­ ser des Kontaktträgers 112 und die äußeren Durchmesser 156 stoßen gegen die Innendurchmesser des Gehäuses 108. Die Bewegung der Kontaktträger 116, 118 relativ zu dem Kreisrotor 112 in der nach außen gerichteten radialen Richtung wird durch das Gehäuse 108 verhindert und in der inneren radialen Richtung durch das Zusammenwirken der bogenförmigen Rippe 171 mit dem Außendurchmesser des Kreisrotors 112 als auch dem Zusammenwirken der Innen­ durchmesser 154 der Kontaktträger 116, 118 mit den bogenförmigen Stufen des inneren Durchmesser 151, 153 des Kreisrotors 112. Das Zusammenwirken der verschiede­ nen gekrümmten Flächen des Kreisrotors 112, der Kontakt­ träger 116, 118 und des Gehäuses 108 bilden in ihrer Kombination eine Kupplung vom Flächentyp, die die Rela­ tivbewegung der Kontaktträger 116, 118 bezüglich des Kreisrotors 112 gegen eine Winkeldrehung um die Mittel­ achse des Kreisrotors 112 begrenzt. Die gekrümmten, zusammenpassenden Flächen der Kontaktträger 116, 118 stellen sicher, daß die Gesamtbewegung der Kontaktträger relativ zu dem Kreisrotor 112 auf der Drehachse des Kreisrotors 112 zentriert wird.

Der breitere Außenabschnitt 163 der Kontaktträger 116, 118 erstreckt sich, wie gesagt, über den Außendurchmes­ ser des Kreisrotors 112. Es besteht daher ein freier Weg zwischen dem äußeren Abschnitt 163 des Kontaktträgers 116, 118 und der ortsfesten Scheibe 110 derart, daß die Signalkontaktansätze 120, 122 sich von den Kontaktträ­ gern 166, 168 hinter den Kreisrotor erstrecken können, um die Widerstandsbahn 134 zu ergreifen, die auf der ortsfesten Scheibe 110 ausgebildet ist. Auch die beiden Drehmomentsignalkontakteinsätze 120, 122 bestehen aus Palieney 6 und weisen Signalkontaktelemente 166, 168 und Ausgangskontaktelemente 170, 172 auf. Die Signalkontakt­ elemente 166, 168 ergreifen und drehen sich um die Widerstandsbahn 128, der Ausgangskontakt 170 ergreift und dreht sich um die erste Ausgangsbahn 133 und der Ausgangskontakt 172 ergreift und dreht sich um die zwei­ te Ausgangsbahn 135. Die Relativpositionen der verschie­ denen Kontakte bei Eingriff mit den Bahnen, die auf der ortsfesten Scheibe 110 ausgebildet sind, sind in den Fig. 3, 4 und 5 erkennbar. Die Ausgangssignale, die auf den Signalkontaktelementen 166, 168 entwickelt werden, werden so zu den Ausgangsbahnen 133, 135 übertragen, wo sie von dem Sensor 100 über die Ausgangsanschlüsse T₁, T₂ ausgegeben werden können. Wenn der Sensor vollständig montiert ist, werden die Kontaktelemente 166, 168 über den Umfang zwischen dem ersten Signalmassebezugskontakt 140 und dem ersten Signalspannungsbezugskontakt 144 und dem zweiten Signalmassebezugskontakt 142 und dem zweiten Signalspannungsbezugskontakt 146 positioniert (siehe Fig. 3) entlang des kreisförmigen Weges der jeweiligen Bahn 134. In Ruheposition, also wenn kein Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird, wird das Kontaktelement 166 direkt jenseits des kreisförmigen Wegs, den die Kontakte 140, 144 abfahren, wenn sie sich um die Widerstandsbahn 134 drehen, an einen Punkt positioniert, der nahezu auf halben Weg zwischen den Kontakten 140 und 144 liegt. Das Signalkontaktelement 166 wird, mit anderen Worten, der­ art positioniert sein, daß eine Linie, die von der Dre­ hachse des Kreisrotors 112 zu dem Kontaktelement 166 ge­ zogen wird, den Winkel, der zwischen dem ersten Signal­ nassebezugskontakt 140, der Drehachse des Kreisrotors 112 und dem ersten Signalspannungsbezugskontakt 144 ge­ zogen wird, teilt. Das Signalkontaktelement 168 wird in ähnlicher Weise zwischen den Kontakten 142 und 146 posi­ tioniert. Die Anordnung der bogenförmigen Eindrückungen 148, 150 und die Form der Kontaktträger 116, 118 erlaubt es dem Signalkontaktelement 166, sich frei in dem Be­ reich zwischen den Kontakten 140 und 144 zu bewegen und dem Signalkontaktelement 168, sich frei in dem Bereich zwischen den Kontakten 142 und 146 zu bewegen.

An der gegenüberliegenden Seite der Kontaktträger 116, 118 erstrecken sich Antriebsstifte 174, 176 in Richtung auf den Drehmomenttreiber 124. Die Antriebsstifte sind in ihrer Form zylindrisch und sind von einer ausreichen­ den Länge, um die geschlitzten Antriebsblöcke 178, 180 zu ergreifen, die auf den Drehmomenttreiber 124 ausge­ bildet sind. Der Antriebstreiber 124 dreht sich mit dem zweiten Wellensegment 106. Wenn sich der Drehmomenten­ treiber 124 dreht, wirken die Antriebsblöcke 178, 180 auf die Antriebsstifte 174, 176, um die Kontaktträger 116, 118 anzutreiben. Während die Kontaktträger 116, 118 daran gehindert werden, sich um die Achse des Kreisrot­ ors 112 zu drehen, wird ihre Winkelposition durch den Kontakttreiber 124 und die Winkelposition des zweiten Wellensegments 106 kontrolliert.

Der Drehmomententreiber 124 ist mit einem im wesentli­ chen scheibenförmigen Körper 182 versehen, der eine Mit­ telöffnung 184 zum Anbringen des Drehmomententreibers an dem zweiten Wellensegment 106 aufweist. Der Drehmomen­ tentreiber 123 ist an dem zweiten Wellensegment 106 in derselben Weise angebracht, in der der Kreisrotor 112 an dem ersten Wellensegment 104 angebracht ist, wie es oben beschrieben worden ist. Antriebsarme 186, 188 erstrecken sich radial von dem Hauptkörper 182 an gegenüberliegen­ den Enden des Drehmomententreibers 124.

Antriebsblöcke 178, 180 erstrecken sich von den Enden jedes der Antriebsarme 186, 188 parallel zu der Drehach­ se der Welle und in der Richtung der Kontaktträger 116, 118. Die Antriebsblöcke sind mit Schlitzen 190, 192 zum Aufnehmen von Antriebsstiften 174, 178 von den Kontakt­ trägern 116, 118 ausgebildet. Die Schlitze 190, 192 ha­ ben eine kleinere Achsenerstreckung, die dem Durchmesser der Antriebsstifte 174, 176 gleich ist.

Die Antriebsblöcke 178, 180, die an den Enden der An­ triebsarme 186, 188 angeordnet sind, sind gezwungen, sich winklig um einen Kreis zu bewegen, der zu der Dre­ hachse des zweiten Wellensegments 180 zentriert ist. Die Kontaktträger 186, 188 sind an einer Winkelbewegung um einen Kreis, der um die Drehachse des ersten Wellenseg­ ments 104 zentriert ist, gehindert. Wenn die beiden Wel­ lensegmente 104, 108 gegeneinander versetzt sind, werden die Kontaktträger 116, 118 und die Antriebsblöcke 178, 180 daran gehindert, sich um Kreise mit unterschiedli­ chen Mittelpunkten zu drehen. Damit der Drehmomenten­ treiber 124 die Kontaktträger unter diesen Bedingungen antreiben kann, muß eine Anpassung für den linearen Ver­ satz zwischen dem Kreis, den die Antriebsblöcke 178, 180 und dem Kreis, den die Antriebsstifte 174, 178 abfahren, erfolgen. Diese Anpassung erfolgt innerhalb der Länge der Schlitze 190, 192 und durch die Unabhängigkeit der beiden Drehmomentträger 116, 118. Jedwede Fehlausrich­ tung der beiden Wellensegmente in jede Richtung kann be­ schrieben werden als auch zwei orthogonalen Komponenten bestehend, von denen die eine parallel zu der Hauptachse der Schlitze 190, 192 läuft und die andere senkrecht da­ zu. Jede Komponente der Fehlausrichtung der Welle, die parallel zu der Hauptachse der Schlitze 190, 192 ver­ läuft, wird von den Antriebsstiften 174, 176, die hoch oder herunter entlang der Länge der Schlitze 190, 192 relativ zu den Antriebsblöcken 178, 180 gleiten, absor­ biert. Wenn die beiden Wellensegmente 104, 106 relativ zueinander in Antwort auf ein aufgebrachtes Drehmoment sich drehen, divergieren die Wege der Antriebsstifte 174, 176 und der Antriebsblöcke 178, 180. Die Antriebs­ stifte 174, 176 werden dazu gezwungen, sich relativ zu den Antriebsblöcken 178, 180 zu bewegen, die entweder entlang der Schlitze 190, 192 hinauf oder herabgleiten in Abhängigkeit von der Richtung der Fehlausrichtung. Wenn die Wege in eine nähere Ausrichtung kommen, werden die Stifte 174, 176 zurück zu der Mitte der Schlitze 190, 192 gezwungen. Die Komponenten der Fehlausrichtung der Welle, die parallel zu der Hauptachse der Schlitze 190, 192 verlaufen, werden absorbiert und führen nicht zu einem Fehler, der in den Drehsignalmoment eingeht.

Komponenten einer Fehlausrichtung der Welle, die senk­ recht zu der Hauptachse der Wellen 190, 192 verläuft, sind dagegen Problematischer. Die Antriebsarme 186, 188 des Drehmomententreibers 124, an dem die Antriebsblöcke 178, 180 angebracht sind, bestehen aus einem einzigen Materialstück und die Antriebsblöcke 178, 180 werden in fester Beziehung zueinander gehalten. Wenn die beiden Wellensegmente 104, 106 gegeneinander nach links oder nach rechts zu der Hauptachse der Schlitze 190, 192 ver­ setzt sind, werden die Antriebsblöcke und damit die Schlitze selbst ebenfalls versetzt, wobei der erste Schlitz 190 und der zweite Schlitz 192 um gleiche Beträ­ ge versetzt sind. Bei einem Einsetzen der Antriebsstifte 174, 176 in die Schlitze 190, 192 werden auf die Kon­ taktträger aus der Mitte weggezwungen. Ein Kontaktträger wird dazu gezwungen, sich im Uhrzeigersinn in dem Kreis­ rotor 112 zu bewegen und der andere wird gezwungen, sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, beide bewegen sich in die Richtung des Versatzes der Welle. Diese einander entgegengesetzte Bewegung der beiden Kontaktelemente 116, 118 ist möglich, da die beiden Kontaktträger unab­ hängig voneinander sind. Die Kontaktträger 116, 118, die sich auf diese Weise in entgegengesetzte Richtungen be­ wegen, führen einen Fehler in die Drehmomentsignalaus­ gänge ein. Da die beiden Antriebsschlitze 190, 192 um gleiche Beträge versetzt sind, wird der Fehler, der in die beiden Drehmomentsignale eingeht, glücklicherweise ebenfalls gleich sein. In Kenntnis dieses Umstandes ist es möglich, die Drehmomentsignalausgänge zu korrigieren, wie dies unten beschrieben werden wird, um ein wahres und genaues Ausgangssignal, das zu dem Betrag des Dreh­ moments, das auf die Welle 102 aufgebracht wird, propor­ tional ist, herzuleiten.

Da die beiden Wellensegmente 104, 106 sich in Antwort auf ein Drehmoment relativ zueinander verdrehen, treibt der Drehmomenttreiber 124 die Kontakttreiber 116, 118 relativ zu dem Kreisrotor 112. Der Drehmomenttreiber 124 wirkt auf die Kontakttreiber über Antriebsblöcke 178, 180 und Antriebsstifte 174, 176. Da der Drehmomenttrei­ ber 124 sich relativ zu dem Kreisrotor 112 dreht, berüh­ ren nur die Seiten der Schlitze 190, 192 die Treiber­ stifte 174, 176, und da die Antriebsstifte 174, 176 rund sind, können nur die Antriebsblöcke 178, 180 auf die An­ triebsstifte 174, 176 in eine Richtung senkrecht zu den Seiten der Schlitze 190, 192 wirken. Die Längsseiten der Schlitze 190, 192 sind radial in Richtung auf die Achse der Wellensegmente 106 ausgerichtet. Wenn sich der Dreh­ momenttreiber 124 dreht, wird die Kraft, die auf die An­ triebsblöcke 178, 180 auf die Antriebsstifte 174, 176 aufgebracht wird, immer senkrecht zu den Seiten der Schlitze 190, 192 sein und sie werden daher immer tan­ gential zu einem Kreis verlaufen, der zu der Achse der Wellensegmente 106 zentriert ist. Während die Kontaktträger 116, 118 daran gehindert sind, sich um die Achse des Kreisrotors 112 zu drehen, stellt die tatsächliche Bewe­ gung, die auf die Kontaktträger aufgebracht wird, die Drehbewegung des Drehmomenttreibers 124 und des zweiten Wellensegments 106 dar. Es sollte hier beachtet werden, daß die Anordnung der Schlitze 190, 192 und der An­ triebsstifte 174, 176 umgekehrt werden kann, ohne daß dies eine Wirkung auf den Sensor hat. Durch Ausbilden der Schlitze auf den Kontaktträgern 116, 118 und der kreisförmigen Antriebsstifte auf Antriebsarmen 116, 118 kann dieselbe Relativbewegung zwischen dem Antriebstrie­ ber 124 den Kontaktträgern 116, 118 und dem Kreisrotor 112 erreicht werden.

Bei dem Betrieb wirken der erste Signalmassebezugskon­ takt 140, der erste Signalspannungsbezugskontakt 144, das erste Signalkontaktelement 166 und die Widerstands­ bahn 134 zusammen, um ein erstes Drehmomentsignal T₁ zu erzeugen. Der zweite Signalmassebezugskontakt 142, der zweite Signalspannungsbezugskontakt 146 und das zweite Signalkontaktelement 168 und die Widerstandsbahn 134 wirken zusammen, um ein zweites Drehmomentsignal T₂ zu bilden. Wenn die Welle 102 sich dreht, treibt der Kreis­ rotor 112, der von dem ersten Wellensegment 104 ange­ trieben wird, die Bezugskontakte 140, 142, 144 und 146, um die Widerstandsbahn 134 in einer festen Beziehung zu­ einander. Der Drehmomentrotor 124, der von dem zweiten Wellensegment 106 angetrieben wird, treibt die Kontakt­ träger 116, 118, die wiederum Signalkontaktelemente 166, 168 um die Widerstandsbahn 134 in eine Relativbeziehung zwischen den Signalspannungskontakten und den Massebe­ zugskontakten 138, 134 und 140, 136 antreibt. Die Anord­ nung der Kontakte ist am besten in Fig. 3 erkennbar.

Der Signalmassebezugskontakt 140, der erste Signalspan­ nungsbezugskontakt 144 und das erste Signalkontaktele­ ment 166 drehen sich gemeinsam um die Widerstandsbahn 134. Der lineare Widerstand der Widerstandsbahn 134, der den ersten Signalspannungsbezugskontakt 144 von dem er­ sten Signalkontaktelement 166 und das erste Signalkon­ taktelement 166 von dem Signalmassebezugskontakt 140 trennt, wirkt als Spannungsteiler. Wenn kein Drehmoment auf die Welle 102 aufgebracht wird, sind das erste Wel­ lensegment 104 und das zweite Wellensegment 106 in Ruhe, ohne eine Winkelabweichung zwischen den beiden. Das er­ ste Kontaktelement 166 liegt annähernd auf halben Weg zwischen dem ersten Signalspannungsbezugspunkt 144 und dem ersten Signalmassebezugspunkt 140, so daß das Span­ nungssignal auf dem ersten Signalkontaktelement 166 un­ gefähr die Hälfte der Bezugsspannung beträgt, die auf den ersten Signalspannungsbezugskontakt 144 von der Sig­ nalbezugsspannungsbahn 132 aufgebracht wird. Wenn ein Drehmoment auf die Welle 102 aufgebracht wird, drehen sich das erste Wellensegment 104 und das zweite Wellen­ segment 106 leicht relativ zueinander aufgrund der Nach­ giebigkeit der Torsionsstange 107. Da der erste Span­ nungsbezugskontakt 144 und der erste Signalmassebezugs­ kontakt 140 von dem ersten Wellensegment 104 über den Kreisrotor 102 angetrieben werden und da das erste Sig­ nalkontaktelement 166 von dem zweiten Schaftelement 106 über den Drehmomenttreiberrotor 104 angetrieben wird, wird die Relativbewegung der beiden Wellensegmente auf das erste Signalkontaktelement 166 übertragen. In Abhän­ gigkeit von dem aufgebrachten Drehmoment wird sich das erste Signalkontaktelement 166 entweder näher zu oder weiter weg von dem ersten Signalspannungskontakt 144 bewegen. Wenn sich das erste Signalkontaktelement 166 näher zu dem ersten Signalspannungsbezugskontakt 144 bewegt, nimmt die Ausgangsspannung auf dem Signal T₁ in Richtung auf die Bezugsspannung zu. Wenn dagegen ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung aufgebracht wird, wird das erste Signalkontaktelement 166 dazu gezwungen, sich von dem ersten Signalspannungsbezugskon­ takt 144 in Richtung auf den ersten Signalmassebezugs­ kontakt 140 zu bewegen, die Ausgangsspannung auf dem Ausgangssignal T₁ nimmt in Richtung auf das Massesignal zu. Auf diese Weise wird ein Ausgangsspannungssignal T₂, erzeugt, das zu dem Betrag des auf die Welle 102 auf­ gebrachten Drehmoments proportional ist.

Das Ausgangssignal T₂ wird auf genau dieselbe Weise un­ ter Verwendung des zweiten Signalmassebezugskontakts 142, des zweiten Signalspannungsbezugskontakts 146 und des zweiten Signalkontaktelements 168 hergeleitet. Da die zweite Gruppe von Kontakten spiegelbildlich zu dem ersten Satz von Kontakten ausgebildet ist, wird das Aus­ gangssignal T₂ eine zu der Polarität des Signals T₁ ent­ gegengesetzten Polarität haben. Das Drehmoment, das das erste Signalkontaktelement 166 dazu veranlaßt, sich in Richtung auf den ersten Signalspannungsbezugskontakt 144 zu bewegen, wird das zweite Signalkontaktelement 168 da­ zu veranlassen, sich weg von dem zweiten Signalspan­ nungsbezugskontakt 146 zu bewegen.

Auf diese Weise wird das Drehelement, das in eine erste Richtung gerichtet ist, die Spannung von T₁ erhöhen, während es gleichzeitig die Spannung von T₂ verringern wird. Das Drehmoment, das in der entgegengesetzten Rich­ tung aufgebracht wird, wird die entgegengesetzte Wirkung haben. Mit anderen Worten wird daher die Neigung der Ausgangssignale T₁ und T₂ einander entgegengesetzt sein.

Die obige Beschreibung gibt in Einzelheiten an, wie die Ausgangssignale T₁ und T₂ erzeugt werden, unter der Annahme, daß die Wellensegmente 104, 106 in genauer Aus­ richtung sind, und unter der Annahme, daß dann, wenn die beiden Wellensegmente sich relativ zueinander drehen, diese sich um eine gemeinsame Achse drehen. Dies stellt jedoch lediglich die optimale Situation dar, die nicht immer der Fall ist. Aufgrund der Nachgiebigkeit der Tor­ sionsstange, aufgrund von Herstellungstoleranzen, Stößen und anderer Faktoren, wird die Ausrichtung der beiden Wellensegmente leicht gegeneinander versetzt sein. Auf diese Weise wird der Punkt, an dem die Signalkontaktele­ mente 166, 168 dann liegen, wenn kein Drehmoment auf die Welle 102 aufgebracht wird, nicht direkt zwischen den Spannungssignalbezugskontakten und den Massesignalbe­ zugskontakten (140, 144 für T₁; 142, 146 für T₂) zen­ triert sein, wie oben beschrieben. Die beiden Signalkon­ taktelemente 166, 168 werden vielmehr entweder nach rechts oder nach links verschoben sein, näher zu entwe­ der den Signalspannungsbezugskontakten 144, 146 oder den Signalmassebezugskontakten 140, 142, wie sich dies aus den Fig. 4 und 5 ergibt. Eine solche Verschiebung wird ein Spannungssignal, sowohl auf T₁ als auch auf T₂ erzeugen, das unter normalen Arbeitsbedingungen als un­ gültig betrachtet werden würde. Aus Fig. 4 ergibt sich, daß bei einer Verschiebung der Kontaktelemente 166, 168, entweder in Richtung auf den ersten Massebezugskontakt 140 oder den zweiten Massebezugskontakt 142 die Span­ nung, die auf den beiden Signalen T₁ und T₂ vorhanden ist, etwas geringer sein als der Hälfte der Bezugsspan­ nung entspricht, die von der Signalspannungsbezugsbahn 132 zugeführt wird. Unter normalen Bedingungen würde dies als ein ungültiges Signal betrachtet werden, da in der Ruhestellung die Spannung sowohl von T₁ als auch von T₂ der Mittelspannung zwischen der Signalmassebezugs­ spannung und der Signalbezugsspannung, die von den Sig­ nalbezugsbahnen 130, 132 geliefert wird, gleich sein sollte. Nur wenn ein Drehmoment auf die Welle 102 aufge­ bracht wird, sollte die Signalspannung auf T₁ und T₂ sich von der Mittelpunktsspannung unterscheiden, und in diesem Fall sollte die Änderung der Signalspannungen auf T₁ und T₂ gleich und einander entgegengesetzt sein. Wenn, beispielsweise, T₁ um 1 Volt über die Mittelspan­ nung erhöht wird, sollte die Spannung T₂ um entsprechend 1 Volt unterhalb der Mittelpunktsspannung liegen. Der Betrag des Drehmoments, der auf die Welle 102 aufge­ bracht wird, wird von dem Betrag der Abweichung eines jeden Signals von der Mittelpunktsspannung hergeleitet. Wenn die beiden Wellensegmente außermittig sind und die beiden Signalkontaktelemente zu der einen oder zur ande­ ren Seite verschoben sind, wird die Beziehung zwischen dem Betrag des Drehmoments, der auf die Welle 102 und der Mittelpunktsspannung zwischen dem Signalmassebezugs­ punkt und dem Signalspannungsbezugspunkt zerstört. Ein Drehmoment kann nicht länger durch die Änderung der Spannung zwischen den Signalkontaktelementbezugspunkten hergeleitet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein zusammengesetz­ tes Signal T_c aus den unabhängigen Signalen T₁ und T₂ hergeleitet, die jeden Versatzfehler aufgrund einer Fehlausrichtung der Wellensegmente 102, 106 ausgleicht. Das zusammengesetzte Signal wird aus der folgenden For­ mel hergeleitet:

T_c = (T₁-T₂)/2

Diese Formel ist am besten bei einer Anwendung auf einen Satz von drei Beispielen verständlich. Die in den nach­ folgenden Spannungen vorgegebenen Werte sind lediglich erläutert und betreffen den Schutzbereich der vorliegen­ den in keiner Weise. Für jedes dieser Beispiele wird an­ genommen, daß eine Signalbezugsspannung von +5 V auf den Kreisrotor 112 aufgebracht wird.

In dem ersten Beispiel wird der Fall betrachtet, daß die beiden Wellensegmente 104, 106 in einer Drehausrichtung sind. Wenn kein Drehmoment auf die Welle 102 aufgebracht wird, werden die beiden Drehmomentkontaktsignale direkt zwischen ihren jeweiligen Signalbezugskontakten und Mas­ sebezugskontakten positioniert sein (Fig. 3). Auf diese Weise werden T₁ und T₂ der Mittelpunktsspannung zwischen den Massebezugskontakten und den entsprechenden Span­ nungssignalkontakten gleich sein, in diesem Beispiel +2,5 V. Wendet man dies auf die obige Formel an, T_c = (2,5-2,5)/2 = 0 V entspricht dies einem Drehmoment von Null. Wenn ein Drehmoment in der entgegengesetzten Rich­ tung aufgebracht wird, wird sich das Kontaktelement 166 in Richtung auf den ersten Spannungskontakt 144 und das zweite Spannungssignalkontaktelement 168 wird sich in Richtung auf den zweiten Massebezugskontakt 142 verdre­ hen. Die Spannung auf dem Signal T₁ wird abnehmen und die Spannung auf dem Signal T₂ wird um einen entspre­ chenden Betrag zunehmen. Unter der Annahme, daß die Spannungsänderung 0,5 V beträgt, wird die Spannung des Signals T₁ auf 3,0 V zunehmen und die Spannung des Sig­ nals T₂ wird auf 2,0 V abnehmen. Bei einer Anwendung auf die Formel ergibt sich T_c = (3,0-2,0)/2 = 0,5 V, was die richtige Änderung der Spannung in der positiven Richtung angibt. Eine Aufbringung desselben Betrags des Dreh­ moments in der entgegengesetzten Richtung wird bewirken, daß sich das erste Signalkontaktelement in Richtung auf den ersten Massebezugskontakt 140 dreht und das zweite Signalkontaktelement 166 sich in Richtung auf den zwei­ ten Spannungsbezugskontakt 146 dreht. Die Spannung auf dem Signal T₁ wird abnehmen und die Spannung des Signals T₂ wird um einen entsprechenden Betrag zunehmen. Es sei wieder angenommen, daß die Spannungsänderung 0,5 V be­ trägt. Die Spannung des Signals T₁ wird auf 2,0 V ab­ nehmen und die Spannung des Signals T₂ wird auf 3,0 V zunehmen. Bei einer Anwendung auf die Formel ergibt sich T_c = (2,0-3,0)/2 = 0,5 V, was die richtige Änderung der Spannung in negativer Richtung angibt. Das zusammen­ gesetzte Signal T_c stellt so ein Spannungssignal dar, das zu dem Betrag des Drehmoments, das auf die Welle 102 aufgebracht wird, proportional ist.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Fall ange­ nommen, daß die beiden Wellensegmente 104, 106 nicht derart fehlausgerichtet sind, daß die beiden Signalkon­ taktelemente 166, 168 in Richtung auf ihre entsprechen­ den Signalmassebezugskontakte 140, 142 verschoben sind, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In der Ruheposition, in der kein Drehmoment auf die Welle 102 aufgebracht wird, sind die Signalkontaktelemente 166, 168 nicht direkt zwischen ihren entsprechenden Signalspannungskontakten und Massebezugskontakten ausgerichtet. Die Spannung der Signale T₁ und T₂ wird daher nicht der Mittelpunktsspan­ nung zwischen den Massebezugskontakten und den entspre­ chenden Spannungssignalkontakten gleich sein, sondern eine Spannung haben, die geringer als die Mittelpunkts­ spannung von 2,5 V ist. Zum Zwecke dieses Beispiels sei angenommen, daß die Spannungsverschiebung durch den Ver­ satz -1,0 V beträgt, so daß die Ruhespannung auf den bei­ den Signalen T₁ und T₂ = +1,5 V ist. Bei einer Anwen­ dung auf die obige Formel ist dies T_c = (1,5-1,5)/2 = 0 V, was einem 0-Drehmoment entspricht. Wenn das Drehmo­ ment in Richtung des Uhrzeigersinns aufgebracht wird, wird das Signalkontaktelement 166 sich in Richtung auf den ersten Spannungsbezugskontakt 144 drehen, und das zweite Signalkontaktelement 168 wird sich in Richtung auf den zweiten Massebezugskontakt 142 drehen. Die Span­ nung des Signals T₁ wird zunehmen und die Spannung des Signals T₂ wird um einen entsprechenden Betrag abnehmen. Unter der Annahme, daß die Spannungsänderung 0,5 V be­ trägt, wird die Spannung des Signals T₁ um +2,0 V zuneh­ men, und die Spannung des Signals T₂ wird um +1,0 V ab­ nehmen. Wiederum in Anwendung auf die Formel ergibt dies T_c = (2,0-1,0)/2 = +0,5 V, was die richtige Spannungs­ änderung in der positiven Richtung angibt. Das Aufbrin­ gen desselben Drehmomentbetrags in der entgegengesetzten Richtung wird bewirken, daß sich das erste Signalkon­ taktelement 166 in Richtung auf den ersten Massebezugs­ kontakt 140 dreht und daß sich das zweite Signalkontakt­ element 168 in Richtung auf den zweiten Spannungsbezugs­ kontakt 146 dreht. Die Spannung des Signals T₁ wird ab­ nehmen, und die Spannung des Signals T₂ wird um einen entsprechenden Betrag zunehmen. Unter der Annahme, daß die Spannungsänderung wiederum 0,5 V beträgt, wird die Spannung des Signals T₁ auf 2,0 V abnehmen und die Span­ nung des Signals T₁ wird auf 3,0 V zunehmen. Eine Anwen­ dung auf die obige Formel ergibt T_c = (2,0-3,0)/2 = -0,5 V, was die richtige Spannungsänderung in der nega­ tiven Richtung angibt. Auch wenn die Fehlausrichtung der Welle einen Signalfehler von -0,5 V in jedem der Signale T₁ und T₂ angibt, wird durch das zusammengesetzte Signal T_c ein genaues Spannungssignal geschaffen, das zu dem Betrag des Drehmoments, das auf die Welle 102 aufge­ bracht wird, proportional ist.

Bei dem dritten Beispiel sei der Fall berücksichtigt, daß die beiden Segmente 104, 106 derart fehlausgerichtet sind, daß die beiden Signalkontaktelemente 166, 168 in Richtung auf ihre entsprechenden Signalspannungsbezugs­ kontakte 144, 146 verschoben sind, wie in Fig. 5 ge­ zeigt. In der Ruheposition, bei der kein Drehmoment auf die Welle 102 aufgebracht wird, sind die Signalkontakt­ elemente 166, 168 wiederum relativ zu den Mittelpunkten zwischen ihren jeweiligen Signalbezugskontakten und Mas­ sebezugskontakten versetzt. Die Signalspannungen von T₁ und T₂ werden daher nicht der Mittelpunktsspannung zwi­ schen den Massebezugskontakten und den entsprechenden Spannungssignalkontakten entsprechen, es liegt vielmehr eine Spannung vor, die etwas größer als die Mit­ telpunktsspannung von +2,5 V ist. Für dieses Beispiel sei angenommen, daß die Versatzspannungsverschiebung = 1,0 V ist, derart, daß die Ruhespannung auf den beiden Signa­ len T₁ und T₂ = +3,5 V ist. Bei einer Anwendung auf die obige Formel ergibt sich T_c = (3,5-3,5)/2 = 0 V, was einem Drehmoment von Null entspricht. Wenn das Dreh­ moment in Richtung des Uhrzeigersinns aufgebracht wird, wird sich das erste Signalkontaktelement 166 in Richtung auf den ersten Spannungsbezugskontakt 144 drehen, und das zweite Signalkontaktelement 168 wird sich in Rich­ tung auf den zweiten Massebezugskontakt 142 drehen. Die Spannung des Signals T₁ und die Spannung des Signals T₂ wird um einen entsprechenden Betrag abnehmen. Unter der Annahme, daß die Spannungsänderung 0,5 V beträgt, wird die Spannung des Signals T₂ auf +4,0 V zunehmen, und die Spannung des Signals T₂ wird auf +3,0 V abnehmen. Bei einer Anwendung auf die Formel ergibt sich T_c = (4,0-3,0)/2 = +0,5 V, was die richtige Spannungsänderung in der positiven Richtung angibt. Bei der Aufbringung des­ selben Betrags des Drehmoments in der entgegengesetzten Richtung wird dies bewirken, daß sich das erste Signal­ kontaktelement 166 in Richtung auf den ersten Massebe­ zugskontakt 140 dreht und das zweite Signalkontaktele­ ment 168 sich in Richtung auf den zweiten Spannungsbe­ zugskontakt 146 dreht. Die Spannung des Signals T₁ wird abnehmen, und die Spannung des Signals T₂ wird um einen entsprechenden Betrag zunehmen. Unter der Annahme, daß die Spannungsänderung 0,5 V beträgt, wird die Spannung des Signals T₁ auf +3,0 V abnehmen, und die Spannung auf dem Signal T₂ wird auf +4,0 V zunehmen. Bei einer Anwen­ dung auf die Formel ergibt sich T_c = (3,0-4,0)/2 = -0,5 V, was die richtige Spannungsänderung in negativer Richtung angibt. Obwohl die Fehlausrichtung der Welle einen Signalfehler von 0,5 V in jedem der Signale T₁, T₂ verursacht, stellt das zusammengesetzte Signal T₂ ein genaues Spannungssignal dar, das zu dem Betrag des Dreh­ moments, das auf die Welle 102 aufgebracht wird, propor­ tional ist.

Aus den vorangehenden Beispielen ergibt sich, daß die vorliegenden Erfindung einen Drehmomentsensor 100 schafft, der es erlaubt, den Betrag des Drehmoments zu messen, der auf eine drehbare Welle 100 aufgebracht wird. Zwei unabhängige Kontaktträger 116, 118, die dreh­ bar auf einem ersten Kreisrotor 112 aufgesetzt sind, nehmen eine mögliche Fehlausrichtung der Wellensegmente 104, 106 auf und bewirken die Erzeugung eines genauen Spannungssignals, das zu dem Betrag des Drehmoments, das auf die Welle 102 aufgebracht wird, proportional ist.

Es versteht sich, daß verschiedene Abwandlungen und Än­ derungen der hier dargestellten bevorzugten Ausführungs­ beispiele dem Fachmann geläufig sind. Derartige Änderun­ gen und Abwandlungen sind möglich, ohne sich von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Er­ findung zu lösen und ohne die erreichbaren Vorteile zu mindern. Es versteht sich daher, daß derartige Änderun­ gen und Modifikationen durch die beiliegenden Ansprüche abgedeckt sind.

Claims (27)

1. Drehmomentsensor (100) zum Messen des Betrags des Drehmoments, das auf eine drehbare Welle (102) aufge­ bracht wird durch Messen der Winkelverschiebung zwi­ schen einem ersten Wellensegment (104) und einem zwei­ ten Wellensegment (106), die über eine nachgiebige Tor­ sionsstange (107) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aufweist:

• - einen ersten Rotor (112), der an dem ersten Wellen­ segment (104) angebracht ist;
• - einen zweiten Rotor (124), der an dem zweiten Wel­ lensegment (106) angebracht ist;
• - einen ersten Kontaktträger (116) und einen zweiten Kontaktträger (118), die zwischen dem ersten Rotor (112) und dem zweiten Rotor (124) angebracht sind, wo­ bei die Kontaktträger (116, 118) von dem zweiten Rotor (124) angetrieben werden;
• - Mittel zum Erzeugen eines ersten unabhängigen Dreh­ momentsignals entsprechende der Position des ersten Kontaktträgers (116) relativ zu dem ersten Rotor (112); und
• - Mittel zum Erzeugen eines zweiten unabhängigen Drehmomentsignals entsprechend der Position des zweiten Kontaktträgers (118) relativ zu dem ersten Rotor (112).

2. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktträger (116) und der zweite Kontaktträger (118) mit dem ersten Rotor (112) derart gekoppelt sind, daß die Relativbewegung des ersten Kontaktträgers (116) und des zweiten Kon­ taktträgers (118) bezüglich des ersten Rotors (112) auf eine Winkelverlagerung begrenzt ist, die um die Dreh­ achse des ersten Rotors (112) zentriert ist.

3. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Koppeln des ersten Kontaktträgers (116) und des zweiten Kontaktträgers (118) mit dem ersten Rotor (112) zusammenpassende bogenförmige Flächenausgestaltungen aufweist, die auf dem ersten Kontaktträger (116) und dem zweiten Kontakt­ träger (118) und auf dem ersten Rotor (112) ausgebil­ det sind, wobei die radiale Mitte der zusammenwirkenden bogenförmigen Flächenelemente die Drehachse des ersten Rotors (112) ist.

4. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines er­ sten unabhängigen Drehmomentsignals aufweist:

• - einen ersten Signalspannungsbezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - einen ersten Signalmassebezugspunkt, der an dem er­ sten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - eine Widerstandsbahn (130, 132, 134) mit einem gleichförmigen linearen Widerstand, der in elektrischem Kontakt mit dem ersten Signalspannungsbezugspunkt und dem ersten Signalmassebezugspunkt ist und sich zwischen diesen erstreckt; und
• - einen ersten Drehmomentsignalkontakt, der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt, um die Wider­ standsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwischen dem Signalspannungsbezugspunkt und dem Signalmassebezugs­ punkt gleitend zu ergreifen, wodurch das Spannungssig­ nal, das an dem ersten Spannungssignalkontakt vorhanden ist, mit der Relativposition des Kontaktelements des Signalspannungspunkts und dem Signalmassebezugspunkt variiert.

5. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das das Mittel zum Erzeugen eines zwei­ ten unabhängigen Drehmomentsignals aufweist:

• - einen zweiten Signalspannungsbezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - einen zweiten Signalmassebezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - eine Widerstandsbahn (130, 132, 134) mit einem gleichförmigen linearen Widerstand, der in elektrischem Kontakt mit dem ersten Signalspannungsbezugspunkt und dem zweiten Signalmassebezugspunkt ist und sich zwi­ schen diesen erstreckt; und
• - einen zweiten Drehmomentsignalkontakt, der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt, um die Wider­ standsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwischen dem Signalspannungsbezugspunkt und dem Signalmassebezugs­ punkt gleitend zu ergreifen, wodurch das Spannungssig­ nal, das an dem zweiten Spannungssignalkontakt vorhan­ den ist, mit der Relativposition des Kontaktelements des Signalspannungspunkts und dem Signalmassebezugs­ punkt variiert.

6. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine sich selbst justierende Antriebs­ verbindung, die den zweiten Rotor (124) mit dem ersten Kontaktträger (116) und dem zweiten Kontaktträger (118) verbindet, über den der zweite Rotor (124) die Kontakt­ träger (116, 118) antreibt.

7. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich selbst ausrichtende An­ triebsverbindung aufweist:

• - einen ersten Antriebsblock (178) und einen zweiten Antriebsblock (180), die auf dem zweiten Rotor (124) ausgebildet sind, wobei der erste Antriebsblock (178) und der zweite Antriebsblock (180) einen länglichen Schlitz (190) ausbilden, der von der Drehachse des zweiten Rotors (124) aus radial nach außen gerichtet ist;
• - einen ersten Antriebsstift (174), der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt, der ausgebildet ist, um in den Schlitz (190) einzugreifen, der von dem ersten Antriebsblock (178) gebildet wird;
• - einen zweiten Antriebsstift (176), der sich von dem zweiten Kontaktträger (118) erstreckt, der ausgebildet ist, um in den Schlitz (190) einzugreifen, der von dem zweiten Antriebsblock (180) ausgebildet wird;
  wobei der erste Kontaktstift und der zweite Kontakt­ stift rund sind und Durchmesser haben, die der Breite des ersten Antriebsschlitzes (190) und des zweiten An­ triebsschlitzes (192) entsprechen.

8. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich selbst justierende An­ triebsverbindung aufweist:

• - einen ersten Antriebsstift (174) und einen zweiten Antriebsstift (176), die sich von dem zweiten Rotor (124) in Richtung des ersten Kontaktträgers und des zweiten Kontaktträger (118) s erstrecken, wobei
• - der erste Kontaktträger (116) einen ersten radialen Schlitz (190) definiert, der von der Drehachse des er­ sten Rotors weg nach außen gerichtet ist und der erste radiale Schlitz (190) eine Querbreite hat;
• - der zweite Kontaktträger (118) einen zweiten radia­ len Schlitz (192) ausbildet, der nach außen weg von der Drehachse des ersten Rotors ausgerichtet ist, wobei der zweite radiale Schlitz (192) eine Querbreite hat;
• - der erste Antriebsstift (174) rund ist und so aus­ gebildet ist, daß er in den radialen ersten Schlitz (190) eingreift, der von dem ersten Kontaktträger (116) ausgebildet wird und einen Durchmesser hat, der der Querbreite des ersten Schlitzes (190) entspricht; und
• - der zweite Antriebsstift (174) rund ist und so aus­ gebildet ist, daß er in den radialen zweiten Schlitz (192) eingreift, der von dem zweiten Kontaktträger (118) ausgebildet wird und einen Durchmesser hat, der der Querbreite des zweiten Schlitzes (192) gleich ist.

9. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein korrigiertes Ausgangssignal durch Subtrahieren des zweiten unabhängigen Drehmoment­ signals von dem ersten unabhängigen Drehmomentsignals und Teilen des Ergebnisses durch zwei hergeleitet wird.

10. Ein Drehmomentsensor (100) zum Messen des Betrags eines Drehmoments, das auf eine drehbare Welle (102) aufgebracht wird, durch Messen der Winkelverlagerung zwischen einem ersten Wellensegment (104) und einem zweiten Wellensegment (106), die über eine nachgiebige Torsionsstange (107) miteinander verbunden sind, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Kompensation einer Fehlausrichtung zwischen dem ersten Wellensegment (104) und dem zweiten Wellensegment (106) ausgebildet ist und aufweist:

• - einen ersten Kreisrotor, der an dem ersten Wellen­ segment (104) angeordnet ist;
• - einen ersten Kontaktträger (116) und einen zweiten Kontaktträger (118), die mit dem ersten Rotor (112) derart gekoppelt sind, daß die Relativbewegung des er­ sten Kontaktträgers und des zweiten Kontaktträger (118) bezüglich des ersten Rotors auf eine winklige Verla­ gerung, die um die Drehachse des ersten Rotors zen­ triert ist, begrenzt ist, wobei der erste Rotor und der erste Kontaktträger (116) und der zweite Kontaktträger (118) in Kombination ein Mittel zum Erzeugen zweier un­ abhängiger Drehmomentsignale bildet, die auf der Posi­ tion des ersten Kontaktträgers und des zweiten Kontakt­ träger (118) s relativ zu dem ersten Rotor (112) basie­ ren und wobei die beiden unabhängigen Signale einander entgegengesetzte Richtungen haben;
• - einen zweiten Rotor (124) (124), der an dem zweiten Wellensegment (106) angebracht ist; und
• - eine sich selbst justierende Antriebsverbindung zwischen dem zweiten Rotor (124) und dem ersten Kon­ taktträger (116) und dem zweiten Kontaktträger (118), wodurch der zweite Rotor eine Drehbewegung auf den er­ sten Kontaktträger (116) und den zweiten Kontaktträger (118) aufbringt.

11. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich selbst ausrichten­ de Antriebsverbindung aufweist:

• - einen ersten Antriebsblock (178) und einen zweiten Antriebsblock (180), die auf dem zweiten Rotor (124) ausgebildet sind, wobei der erste Antriebsblock (178) und der zweite Antriebsblock (180) einen länglichen Schlitz (192) ausbilden, der von der Drehachse des zweiten Rotors aus radial nach außen gerichtet ist;
• - einen ersten Antriebsstift (174), der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt, der ausgebildet ist, um in den Schlitz (190) einzugreifen, der von dem ersten Antriebsblock (178) gebildet wird;
• - einen zweiten Antriebsstift (176), der sich von dem zweiten Kontaktträger (118) erstreckt, der ausgebildet ist, um in den Schlitz (192) einzugreifen, der von dem zweiten Antriebsblock (180) ausgebildet wird;
  wobei der erste Kontaktstift und der zweite Kontakt­ stift rund sind und Durchmesser haben, die der Breite des ersten Antriebsschlitzes (190) und des zweiten An­ triebsschlitzes (192) entsprechen.

12. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die sich selbst justierende Antriebsverbindung aufweist:

• - einen ersten Antriebsstift (174) und einen zweiten Antriebsstift (176), die sich von dem zweiten Rotor (124) in Richtung des ersten Kontaktträgers und des zweiten Kontaktträger (118) s erstrecken, wobei
• - der erste Kontaktträger (116) einen ersten radialen Schlitz (190) definiert, der von der Drehachse des er­ sten Rotors weg nach außen gerichtet ist und der erste radiale Schlitz (190) eine Querbreite hat;
• - der zweite Kontaktträger (118) einen zweiten radia­ len Schlitz (192) ausbildet, der nach außen weg von der Drehachse des ersten Rotors (112) ausgerichtet ist, wo­ bei der zweite radiale Schlitz (192) eine Querbreite hat;
• - der erste Antriebsstift (174) rund ist und so aus­ gebildet ist, daß er in den radialen ersten Schlitz (190) eingreift, der von dem ersten Kontaktträger (116) ausgebildet wird und einen Durchmesser hat, der der Querbreite des ersten Schlitzes (190) entspricht; und
• - der zweite Antriebsstift (176) rund ist und so aus­ gebildet ist, daß er in den radialen zweiten Schlitz (192) eingreift, der von dem zweiten Kontaktträger (118) ausgebildet wird und einen Durchmesser hat, der der Querbreite des zweiten Schlitzes (192) gleich ist.

13. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Koppeln des ersten Kontaktträgers (116) und des zweiten Kontaktträ­ gers (118) mit dem ersten Rotor (112) eine passende bogenförmige Flächenausgestaltung hat, die auf dem er­ sten Kontaktträger (116) und dem zweiten Kontaktträger (118) und dem ersten Rotor (112) ausgebildet ist, wobei das radiale Zentrum der passenden bogenförmigen Flächenausgestaltung die Drehachse des ersten Rotors (112) ist.

14. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines ersten unabhängigen Drehmomentsignals aufweist:

• - einen ersten Signalspannungsbezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - einen ersten Signalmassebezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - eine Widerstandsbahn (130, 132, 134) mit einem gleichförmigen linearen Widerstand, der in elektrischem Kontakt mit dem ersten Signalspannungsbezugspunkt und dem ersten Signalmassebezugspunkt ist und sich zwischen diesen erstreckt; und
• - einen ersten Drehmomentsignalkontakt, der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt, um die Wider­ standsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwischen dem Signalspannungsbezugspunkt und dem Signalmassebezugs­ punkt gleitend zu ergreifen, wodurch das Spannungssig­ nal, das an dem ersten Spannungssignalkontakt vorhanden ist, mit der Relativposition des Kontaktelements des Signalspannungspunkts und dem Signalmassebezugspunkt variiert.

15. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, das das Mittel zum Erzeugen eines zweiten unabhängigen Drehmomentsignals aufweist:

• - einen zweiten Signalspannungsbezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - einen zweiten Signalmassebezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - eine Widerstandsbahn (130, 132, 134) mit einem gleichförmigen linearen Widerstand, der in elektrischem Kontakt mit dem ersten Signalspannungsbezugspunkt und dem zweiten Signalmassebezugspunkt ist und sich zwi­ schen diesen erstreckt; und
• - einen zweiten Drehmomentsignalkontakt, der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt, um die Wider­ standsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwischen dem Signalspannungsbezugspunkt und dem Signalmassebezugs­ punkt gleitend zu ergreifen, wodurch das Spannungssig­ nal, das an dem zweiten Spannungssignalkontakt vorhan­ den ist, mit der Relativposition des Kontaktelements des Signalspannungspunkts und dem Signalmassebezugs­ punkt variiert.

16. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das korrigierte Ausgangssig­ nal durch Subtrahieren des zweiten unabhängigen Drehmo­ mentsignals von dem ersten unabhängigen Drehmomentsig­ nals und Teilen des Ergebnisses durch zwei hergeleitet wird.

17. Ein Verfahren zum Erzeugen eines korrigierten Aus­ gangssignals aus einem Drehmomentsensor (100), der zur Messung des Betrags des Drehmoments der auf eine dreh­ bare Welle (102) aufgebaut wird, ausgebildet ist, durch Messen der Winkelverlagerung zwischen einem ersten Wel­ lensegment (104) und einem zweiten Wellensegment (106), die miteinander über eine nachgiebige Torsionsstange (107) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das verfahren die folgenden Schritte aufweist:

• - Erzeugen eines ersten Drehmomentsignals;
• - Erzeugen eines zweiten Drehmomentsignals, das eine Polarität hat, die derjenigen des ersten Signals entge­ gengesetzt ist; und
• - Erzeugen eines korrigierten Ausgangssignals durch Subtrahieren von dem ersten Signal und Dividieren des Ergebnisses durch zwei.

18. Ein Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Erzeugens des ersten Drehmomentsignals weiter die folgenden Schritte aufweist:

• - Bilden eines ersten Signalspannungsbezugspunkts von dem ersten Rotor (112);
• - Erzeugen eines ersten Signalmassebezugspunkts von dem ersten Rotor (112);
• - Bilden einer Widerstandsbahn (130, 132, 134), die einen gleichförmigen linearen Widerstand in elektri­ schem Kontakt mit dem ersten Signalbezugspunkt und dem ersten Signalmassebezugspunkt hat und sich zwischen diesen erstreckt; und
• - Bilden eines ersten Spannungssignalkontakts, der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt, um die Widerstandsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwi­ schen dem Signalspannungsbezugspunkt und dem Signalmas­ sebezugspunkt gleitend zu ergreifen, wodurch das Span­ nungssignal, das dem ersten Drehmomentsignalkontakt vorhanden ist, mit der Relativposition des Kontakts zwischen dem Signalspannungsbezugspunkt und dem Signal­ massebezugspunkt variiert.

19. Der Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 18, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines zweiten unabhängigen Drehmomentsignals aufweist:

• - einen zweiten Signalspannungsbezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - einen zweiten Signalmassebezugspunkt, der an dem ersten Rotor (112) vorgesehen ist;
• - eine Widerstandsbahn (130, 132, 134) mit einem gleichförmigen linearen Widerstand, der in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Signalspannungsbezugspunkt und dem zweiten Signalmassebezugspunkt ist und sich zwi­ schen diesen erstreckt;
• - einen zweiten Drehmomentsignalkontakt, der sich von dem zweiten Kontaktträger (118) erstreckt, um die Wi­ derstandsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwischen dem Signalspannungsbezugspunkt und dem Signalmassebe­ zugspunkt gleitend zu ergreifen, wodurch das Spannungs­ signal, das an dem zweiten Spannungssignalkontakt vor­ handen ist, mit der Relativposition des Kontaktelements des Signalspannungspunkts und dem Signalmassebezugs­ punkt variiert;
• - wobei der Ort des zweiten Signalspannungsbezugs­ punkts und des zweiten Signalmassebezugspunkts gegen­ über dem ersten Signalspannungsbezugspunkt und dem zweiten Signalmassebezugspunkt derart umgekehrt ist, daß das zweite Drehmomentsignal eine entgegengesetzte Polarität zu derjenigen des ersten Drehmomentsignals hat.

20. Ein Drehmomentsensor (100) zum Messen des Betrags eines Drehmoments, das auf eine segmentierte drehbare Welle (102) aufgebracht ist, wobei die Wellensegmente miteinander über eine nachgiebige Torsionsstange (107) miteinander verbunden sind und das Drehmoment durch Be­ obachten der relativen Winkelposition der Wellensegmen­ te (104, 106) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aufweist:

• - ein Gehäuse (108);
• - eine ortsfeste Scheibe (110), die aus einem Isola­ tionsmaterial gefertigt ist und an dem Gehäuse montiert ist;
• - eine kreisförmige Widerstandsbahn (130, 132, 134) mit einem gleichförmigen linearen Widerstand, die auf einer Fläche der Scheibe (110) ausgebildet ist;
• - einen Kreisrotor (112), der an einem ersten Wellen­ segment (104) derart angebracht ist, daß der Kreisrotor (112) sich mit dem ersten Wellensegment (104) dreht;
• - einem ersten Paar von Bezugskontakten (140, 144) und einem zweiten Paar von Bezugskontakten (142, 146), die sich von dem ersten Rotor (112) erstrecken, um die Widerstandsbahn (130, 132, 134) gleitend zu ergreifen, wobei das erste Paar von Bezugskontakten (140, 144) einen ersten Signalspannungsbezugskontakt (140) und ei­ nen ersten Massebezugskontakt (144) aufweist und das zweite Paar von Bezugskontakten (142, 146) einen ersten Signalspannungsbezugskontakt (140) und einen zweiten Massebezugskontakt (146) aufweist;
• - einen Drehmomentantriebsrotor (124), der an einem zweiten Wellensegment (106) derart angebracht ist, daß der Drehmomentantriebsrotor (124) sich mit dem zweiten Wellensegment (106) dreht;
• - einen ersten Kontaktträger (116) und einen zweiten Kontaktträger (118), die zwischen dem Kreisrotor (112) und dem Drehmomentantriebsrotor (124) angeordnet sind, wobei die Kontaktträger (116, 118) mit dem Kreisrotor (112) derart gekoppelt sind, daß die Kontaktträger (116, 118) daran gehindert sind, sich im Kreis relativ zu dem Kreisrotor (112) um die Drehachse des Kreisrot­ ors (112) zu bewegen;
• - einen ersten Signalkontakt, der sich von dem ersten Kontaktträger (116) erstreckt und gleitend die Wider­ standsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwischen dem ersten Paar von Bezugskontakten zum Erzeugen eines er­ sten unabhängigen Drehmomentsignals erstreckt;
• - einen zweiten Signalkontakt, der sich von dem er­ sten Kontaktträger (116) in gleitendem Eingriff mit der Widerstandsbahn (130, 132, 134) an einem Punkt zwischen dem zweiten Paar von Bezugspunkten zum Erzeugen eines zweiten unabhängigen Drehmomentsignals erstreckt; und
• - eine sich selbst justierende Antriebsverbindung zwischen dem Drehmomentantriebsrotor (124) und dem er­ sten Kontaktträger (116) und dem zweiten Kontaktträger (118), über das der Drehmomentantriebsrotor eine Dreh­ bewegung auf den ersten Kontaktträger (116) und den zweiten Kontaktträger (118) überträgt.

21. Ein Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 20, wobei bogenförmige Rippen, die auf dem Kreisrotor (112) aus­ gebildet sind, passende bogenförmige Kerben ergreifen, die auf den Kontaktträgern (116, 118) ausgebildet sind, um die Bewegung des ersten Kontaktträgers und des zwei­ ten Kontaktträgers (118) relativ zu dem Kreisrotor (112) zu begrenzen.

22. Ein Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung auf­ weist:

• - ein Paar von Antriebsblöcken (178, 180), die auf dem Drehmomentantriebsrotor ausgebildet sind, wobei die Antriebsblöcke (178, 180) radial ausgerichtete innere Antriebsschlitze (190, 192) ausbilden, die radial aus­ gerichtete Seitenwandungen aufweisen; und
• - zylindrische Antriebsstifte (174, 176), die sich von dem ersten Kontaktträger (116) und dem zweiten Kon­ taktträger (118) erstrecken, wobei die Antriebsstifte (174, 176) ausgebildet sind, um in die Antriebsschlitze einzugreifen, wobei die Antriebsstifte (174, 176) einen Durchmesser haben, die der Breite der Antriebsstifte (174, 176) entspricht.

23. Drehmomentsensor nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebsverbindung aufweist:

• - Kontaktträger (116, 118), die radial ausgerichtete Antriebsschlitze (190, 192) haben, die mit radial aus­ gerichteten Innenwandungen versehen sind;
• - zylindrische Antriebsstifte (174, 176), die sich von dem Drehmomentrotor erstrecken und ausgebildet sind, um in die Antriebsschlitze (190, 192) einzugrei­ fen, wobei die Antriebsstifte (174, 176) einen Durch­ messer haben, der der Breite der Antriebsstifte (174, 176) gleich ist;
• - wobei die Antriebsstifte (174, 176) auf die jewei­ ligen radial ausgerichteten Seitenwandungen gerichtet sind, um den ersten Kontaktträger (116) und den zweiten Kontaktträger (118) anzutreiben.

24. Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 20, wobei ein zusammengesetztes Signal durch Subtrahieren des zweiten unabhängigen Drehmomentsignals von dem ersten unabhän­ gigen Drehmomentsignal und Teilen des Ergebnisses durch zwei hergeleitet wird.

25. Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch ein Gehäuse (108) zur Aufnahme des er­ sten Rotors (112) und des zweiten Rotors (124) und des ersten Kontaktträgers (116) und des zweiten Kontaktträ­ gers (118), wobei das Gehäuse eine ringförmige Wandung aufweist, die auf der Drehachse des ersten Rotors (112) zentriert ist.

26. Drehmomentsensor (100) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der erste Rotor (124) eine erste Randfläche auf­ weist, die einen zu der Drehachse des ersten Rotors (112) zentrierten Bogen ausbildet,
• - der erste Kontaktträger (116) eine ringförmige erste innere Paßfläche und eine gebogene äußere Paßflä­ che aufweist,
• - die innere Paßfläche des ersten Kontaktträgers (116) im wesentlichen denselben Radius wie die erste Randfläche des ersten Rotors (112) hat, und
• - die äußere Paßfläche des ersten Kontaktträgers (116) im wesentlichen denselben äußeren Radius wie die ringförmige Wandung des Gehäuses (108) hat.

27. Drehmomentsensor nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - der erste Rotor (112) eine zweite Randfläche hat, die einen um die Drehachse des ersten Rotors (112) zen­ triert ist, und
• - der erste Kontaktträger (116) eine gebogene zweite innere Paßfläche aufweist, die im wesentlichen densel­ ben Radius wie der Randfläche des ersten Rotors (112) hat, jedoch kleiner als der Radius der ersten Randflä­ che und der ersten inneren Paßfläche ist.