DE102010041970A1

DE102010041970A1 - Sensor arrangement for acquisition of twist between shafts of shaft assembly of steering column, has retention devices that are arranged so that twist of shafts feeds axial displacement of magnet assembly to sensor device

Info

Publication number: DE102010041970A1
Application number: DE201010041970
Authority: DE
Inventors: Holger Frank; Holger Behrens; Helmut Grutzeck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-04-05

Abstract

The sensor arrangement (100) has retention devices (120,114) to secure respective shafts (12,16) and magnet assembly (110). A sensor device (130) is provided to acquire magnetic field (112) produced by the magnet assembly. The twist of one shaft relative to another shaft feeds axial displacement (C) of magnet assembly to the sensor device. Independent claims are included for the following: (1) steering column; and (2) method for acquisition of twist between shafts of shaft assembly.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung und ein Verfahren zur Erfassung einer Verdrehung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle einer Wellenanordnung, insbesondere einer Lenksäule.The present invention relates to a sensor arrangement and a method for detecting a rotation between a first shaft and a second shaft of a shaft arrangement, in particular a steering column.

Stand der TechnikState of the art

Elektrisch angetriebene Systeme zur Lenkunterstützung haben mittlerweile Lösungen auf der Basis von Hydraulik oder Elektrohydraulik weitegehend verdrängt. Zur Bereitstellung der Lenkunterstützung benötigen diese Systeme Informationen über die Lenkbefehle, weshalb Sensoren eingesetzt werden, die insbesondere Drehwinkel, Drehrichtung und Drehmoment elektronisch erfassen. Das Drehmoment wird hierbei üblicherweise durch Erfassung einer Verdrehung zwischen über einen Torsionsstab gekoppelten, koaxial ausgerichteten Wellen der Lenksäule bestimmt.Electrically powered systems for steering assistance have meanwhile largely replaced solutions based on hydraulics or electrohydraulics. To provide the steering assistance, these systems require information about the steering commands, which is why sensors are used that detect in particular rotation angle, direction of rotation and torque electronically. The torque is usually determined by detecting a rotation between coupled via a torsion bar, coaxially aligned waves of the steering column.

Aus der EP 1 269 133 B1 ist eine magnetische Einrichtung bekannt, mittels derer sich ein Drehmoment an einer Lenksäule erfassen lässt. Der Magnetkreis der Einrichtung besteht aus einem Magnetring, zwei Fluxringen und einem bzw. mehreren Hallelementen. Durch Verdrehung des Magneten in den Fluxringen wird die magnetische Feldstärke zwischen den Fluxringen verändert und mit einem oder mehreren Hallelementen gemessen. Die mit den jeweiligen Fluxringen in Verbindung stehenden Zähne greifen in axialer Richtung ineinander und greifen auf dem Umfang die Magnetfeldinformation ab, um sie dem Hallelement zuzuführen.From the EP 1 269 133 B1 a magnetic device is known by means of which a torque can be detected on a steering column. The magnetic circuit of the device consists of a magnetic ring, two Fluxringen and one or more Hall elements. By twisting the magnet in the flux rings, the magnetic field strength between the flux rings is changed and measured with one or more Hall elements. The teeth which are in communication with the respective flux rings engage in one another in the axial direction and grasp the magnetic field information on the circumference in order to supply them to the Hall element.

Aus der DE 10 2005 031 086 A1 ist eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels bekannt, welche mindestens ein magnetfeldempfindliches Sensorelement umfasst, mit dem die Magnetfeldinformationen eines Magnetkreises bestehend aus einem mit einer Welle verbindbaren Magnetpolrad und ferromagnetischen Fluxringen mit Zähnen auswertbar ist, wobei die Zähne in radialer Richtung der Welle verlaufen und zum radialen Abgriff der Magnetfeldinformation des Magnetpolrades dienen.From the DE 10 2005 031 086 A1 a sensor arrangement for detecting a differential angle is known, which comprises at least one magnetic field sensitive sensor element with which the magnetic field information of a magnetic circuit consisting of a connectable to a wave Magnetpolrad and ferromagnetic Fluxringen with teeth is evaluated, the teeth extend in the radial direction of the shaft and the radial Tap the magnetic field information of Magnetpolrades serve.

Die bekannten Sensoranordnungen sind relativ kompliziert aufgebaut und bedürfen daher eines gewissen Montageaufwands und einer entsprechenden Montagegenauigkeit. Weiterhin führt die Komplexität zu einer reduzierenswerten Fehleranfälligkeit. Die Sensorelemente sind üblicherweise drehfest mit einer der rotierenden Wellen verbunden, was die Kontaktierung und Montage erschwert und auch die Fehleranfälligkeit erhöht. Weiterhin sind in den bekannten Sensoranordnungen Flussleitbleche erforderlich, die jedoch das Signal verzerren und eine Hysterese bewirken.The known sensor arrangements are relatively complicated and therefore require a certain assembly effort and a corresponding mounting accuracy. Furthermore, the complexity leads to a reduced susceptibility to errors. The sensor elements are usually non-rotatably connected to one of the rotating shafts, which makes the contacting and assembly difficult and also increases the susceptibility to errors. Furthermore, flow baffles are required in the known sensor arrangements, but distort the signal and cause hysteresis.

Es ist daher wünschenswert, eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Verdrehung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle einer Wellenanordnung mit einfacherer Montierbarkeit und reduzierter Fehleranfälligkeit anzugeben.It is therefore desirable to provide a sensor arrangement for detecting a rotation between a first shaft and a second shaft of a shaft assembly with easier mountability and reduced susceptibility to errors.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden eine Sensoranordnung und ein Verfahren zur Erfassung einer Verdrehung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle einer Wellenanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lenksäule mit einer ersten Welle, einer zweiten Welle, einem zwischen erster und zweiter Welle angeordneten Torsionsstab sowie einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a sensor arrangement and a method for detecting a rotation between a first shaft and a second shaft of a shaft arrangement with the features of the independent claims are proposed. The invention further relates to a steering column having a first shaft, a second shaft, a torsion bar arranged between the first and second shaft and a sensor arrangement according to the invention. Advantageous embodiments are the subject of the respective subclaims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass der Aufbau und die Anordnung sowohl der Magnetanordnung als Signalgeber als auch der Sensoreinrichtung wesentlich vereinfacht werden kann, wenn zur Erfassung der Verdrehung diese in eine Translationsbewegung überführt wird. Als Signalgeber kann eine einfache ringförmig ausgebildete Magnetanordnung mit axialer oder radialer Feldverteilung verwendet werden, d. h. Nord- und Südpol befinden sich entweder oben und unten oder innen und außen. Insbesondere ist keine abwechselnde Anordnung unterschiedlicher Pole entlang des Umfangs notwendig, was den Aufwand weiter verringert. Das von der Magnetanordnung am Ort der Sensoreinrichtung erzeugte Streufeld ist bei erfindungsgemäßer Anordnung im Wesentlichen nur von der Axialposition der Magnetanordnung relativ zu der axial ortsfesten Sensoreinrichtung abhängig und kann daher besonders einfach, insbesondere mittels Hallsensoren, bestimmt werden. Mit anderen Worten ändert sich die Feldstärke am Ort der Sensoreinrichtung nur in Abhängigkeit von der Axialposition der Magnetanordnung. Daher können auch ohne Weiteres die Torsion (und damit das Drehmoment) einer insgesamt rotierenden Wellenanordnung mit einer ortsfesten und daher besonders einfach zu kontaktierenden Sensoreinrichtung erfasst werden. In der vorliegenden Erfindung kann auf Flussleitbleche im Feldlinienpfad des Sensors verzichtet werden, womit eine flussleitblechinduzierte Hysterese vermieden wird.The invention takes advantage of the fact that the structure and arrangement of both the magnet assembly as a signal generator and the sensor device can be substantially simplified if it is converted into a translational movement to detect the rotation. As a signal generator, a simple ring-shaped magnet arrangement can be used with axial or radial field distribution, d. H. North and South Pole are located either above and below or inside and outside. In particular, no alternate arrangement of different poles along the circumference is necessary, which further reduces the effort. In the arrangement according to the invention, the stray field generated by the magnet arrangement at the location of the sensor device essentially depends only on the axial position of the magnet arrangement relative to the axially stationary sensor device and can therefore be determined particularly simply, in particular by means of Hall sensors. In other words, the field strength at the location of the sensor device changes only in dependence on the axial position of the magnet arrangement. Therefore, the torsion (and thus the torque) of an overall rotating shaft assembly can be detected with a stationary and therefore particularly easy to be contacted sensor device also readily. In the present invention, it is possible to dispense with flux guide plates in the field line path of the sensor, thus avoiding a hysteresis induced by flow guide plate.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenksäule, wobei eine erste erfindungsgemäße Sensoranordnung an einer Wellenanordnung befestigt ist. 1 shows a first preferred embodiment of a steering column according to the invention, wherein a first sensor arrangement according to the invention is attached to a shaft assembly.

2a zeigt eine für die Erfindung geeignete Haltevorrichtung in einer perspektivischen Ansicht. 2a shows a suitable holding device for the invention in a perspective view.

2b zeigt ein Detail der Haltevorrichtung gemäß 2a. 2 B shows a detail of the holding device according to 2a ,

3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenksäule, wobei eine zweite erfindungsgemäße Sensoranordnung an einer Wellenanordnung befestigt ist. 3 shows a second preferred embodiment of a steering column according to the invention, wherein a second sensor arrangement according to the invention is attached to a shaft assembly.

4 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenksäule, wobei eine dritte erfindungsgemäße Sensoranordnung an einer Wellenanordnung befestigt ist. 4 shows a third preferred embodiment of a steering column according to the invention, wherein a third sensor arrangement according to the invention is attached to a shaft assembly.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In den 1 bis 4 werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen angegegeben, wobei auf wiederholte Erläuterungen verzichtet wird.In the 1 to 4 the same elements are given the same reference numerals, with repeated explanations being omitted.

In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführunsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Sensoranordnung 100 dient zur Erfassung einer Torsion einer hier als Lenksäule 10 ausgebildeten Wellenanordnung, bei welcher eine erste Welle 12 über einen Torsionsstab 14 mit einer zweiten Welle 16 verbunden und relativ zu dieser verdrehbar ist, wobei der Torsionsstab 14 tordiert wird.In 1 a first preferred Ausführunsform a sensor assembly according to the invention is shown schematically in a cross-sectional view and a total of 100 designated. The sensor arrangement 100 serves to detect a torsion here as a steering column 10 formed shaft assembly in which a first shaft 12 over a torsion bar 14 with a second wave 16 connected and rotatable relative to this, wherein the torsion bar 14 is being twisted.

Die Sensoranordnung 100 umfasst eine kreisringförmig ausgebildete Magnetanordnung 110, deren Streufeld 112 im vorliegenden Beispiel axial ausgerichtet ist, d. h. Nord- und Südpol befinden sich axial oben bzw. unten an der Magnetanordnung 110. Die Magnetanordnung 110 ist hier über einen Träger 114 mit einer Haltevorrichtung 120 drehfest verbunden. Die Sensorandordnung 100 verfügt weiterhin über eine hier als Hall-Element 130 ausgebildete ortsfeste Sensoreinrichtung zur Erfassung des von der Magnetanordnung 110 erzeugten Magnetfeldes 112.The sensor arrangement 100 includes a circular magnet arrangement 110 , their stray field 112 axially aligned in the present example, ie north and south pole are located axially above or below the magnet assembly 110 , The magnet arrangement 110 is here about a carrier 114 with a holding device 120 rotatably connected. The sensor assignment 100 also has a here as a Hall element 130 trained stationary sensor device for detecting the of the magnet assembly 110 generated magnetic field 112 ,

Die Haltevorrichtung 120 verfügt über einen ersten Befestigungsbereich 122 zur Befestigung an der ersten Welle 12, einen zweiten Befestigungsbereich 126 zur Befestigung an der zweiten Welle 16 und einen sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich erstreckenden Haltebereich 124 zur Halterung der Magnetanordnung 110. Im vorliegenden Beispiel sind die Haltebereiche 122 und 126 jeweils drehfest mit der zugehörigen Welle 12 bzw. 16 verbunden.The holding device 120 has a first attachment area 122 for attachment to the first shaft 12 , a second attachment area 126 for attachment to the second shaft 16 and a holding region extending between the first and second regions 124 for holding the magnet assembly 110 , In the present example, the holding areas 122 and 126 each rotatably with the associated shaft 12 respectively. 16 connected.

Die Haltevorrichtung 120 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass eine Verdrehung A, B der ersten Welle 12 zur zweiten Welle 16 zu einer Axialverschiebung C der Magnetanordnung 110 relativ zur Sensoreinrichtung 130 führt. Die Haltevorrichtung ist hierzu gemäß einer ersten Ausführungsform als Federanordnung 124 ausgebildet, wie nachfolgend anhand der 2a und 2b erläutert wird.The holding device 120 is inventively designed so that a rotation A, B of the first wave 12 to the second wave 16 to an axial displacement C of the magnet assembly 110 relative to the sensor device 130 leads. The holding device is for this purpose according to a first embodiment as a spring arrangement 124 trained, as described below with reference to the 2a and 2 B is explained.

In 1 ist weiterhin ein optional vorzusehendes Trägerelement 127 abgebildet, welches über ein Gleitlager 128 an der zweiten Welle 16 gelagert ist und zur Abstützung und mechanischen Stabilisierung der Magnetanordnung 110 dient.In 1 is also an optional support element to be provided 127 pictured, which has a plain bearing 128 at the second wave 16 is mounted and for supporting and mechanical stabilization of the magnet assembly 110 serves.

In 2a ist eine bevorzugte Ausführungsform einer für die Erfindung geeigneten Haltevorrichtung 120 schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, in 2b wird ein Funktionsdetail näher erläutert.In 2a is a preferred embodiment of a suitable holding device for the invention 120 schematically shown in a perspective view, in 2 B a functional detail is explained in more detail.

Die Haltevorrichtung 120 ist hier als hohlzylinderförmiges bzw. hülsenförmiges Federelement ausgebildet, wobei die Befestigungsbereiche 122 und 126 die Haltevorrichtung kreisringförmig oben und unten begrenzen. Zwischen den Befestigungsbereichen 122 und 126 erstreckt sich der Haltebereich 124, der im vorliegenden Beispiel abgewinkelte Streben 125 umfasst, die die beiden Befestigungsbereiche 122 und 126 verbinden. Jede Strebe 125 (vgl. 2b) umfasst einen kürzeren ersten Arm 125a und einen sich davon abgewinkelt erstreckenden längeren zweiten Arm 125b, an deren Verbindungsbereich 125c die Magnetanordnung gehaltert wird.The holding device 120 is designed here as a hollow-cylindrical or sleeve-shaped spring element, wherein the attachment areas 122 and 126 limit the holding device circular above and below. Between the attachment areas 122 and 126 extends the holding area 124 , in the present example angled struts 125 includes the two attachment areas 122 and 126 connect. Every strut 125 (see. 2 B ) includes a shorter first arm 125a and a longer second arm extending angled therefrom 125b , at the connection area 125c the magnet assembly is held.

Wie in 2b dargestellt, führt die spezielle Ausgestaltung des Haltebereichs 124 bzw. der Streben 125 zu einer Axialverschiebung C der Verbindungsbereiche 125c bei einer Verdrehung B der beiden Befestigungsbereiche 122 und 126 zueinander. Da die Befestigungsbereiche 122 und 126 drehfest an den zugehörigen Wellen 12 bzw. 16 befestigt sind, führt demnach eine Torsion in der Lenksäule 10, d. h. insbesondere eine Tordierung des Torsionsstabs 14, zu einer Axialverschiebung der an der Haltevorrichtung 124 befestigten Magnetanordnung 110 relativ zur Sensoreinrichtung 130.As in 2 B shown, leads the special design of the holding area 124 or the struts 125 to an axial displacement C of the connection areas 125c at a twist B of the two attachment areas 122 and 126 to each other. Because the attachment areas 122 and 126 rotationally fixed to the associated shafts 12 respectively. 16 are fixed, therefore leads to a torsion in the steering column 10 , ie in particular a twisting of the torsion bar 14 , to an axial displacement of the on the holding device 124 attached magnet arrangement 110 relative to the sensor device 130 ,

In 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 200 an der Lenksäule 10 ebenfalls schematisch in Querschnittsansicht dargestellt. Die Sensoranordnung 200 umfasst eine Haltevorrichtung 220, an der eine Magnetanordnung 210 ortsfest angebracht ist.In 3 is a second preferred embodiment of a sensor arrangement according to the invention 200 on the steering column 10 also shown schematically in cross-sectional view. The sensor arrangement 200 includes a holding device 220 to which a magnet arrangement 210 is fixed in place.

Die Magnetanordnung 210 unterscheidet sich von der Magnetanordnung 110 gemäß 1 hier dadurch, dass die Feldrichtung radial ausgerichtet ist, d. h. Nord- und Südpol befinden sich außen bzw. innen am Ring, so dass ein relativ starkes Streufeld 112 in der Sensoreinrichtung 130 erfassbar ist, was zu einer verbesserten Ausflösung führt. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Ausgestaltung der Magnetanordnung in keinem Zusammenhang mit übrigen Merkmalen des Ausführungsbeispiels steht und somit unabhängig vom Fachmann frei wählbar ist. Insbesondere kann eine Magnetanordnung 110 gemäß 1 ohne Weiteres mit einer Ausführungsform 200 gemäß 3 eingesetzt werden und umgekehrt. Die Ausgestaltung der Magnetanordnung wird vom Fachmann lediglich anhand der erwünschten Messcharakteristik ausgewählt werden.The magnet arrangement 210 differs from the magnet arrangement 110 according to 1 here by the fact that the field direction is radially aligned, ie north and south pole are located outside or inside the ring, so that a relatively strong stray field 112 in the sensor device 130 is detectable, which leads to an improved resolution. It should be expressly understood that the configuration of the magnet assembly is unrelated to other features of the embodiment and thus is independent of the skilled person freely selectable. In particular, a magnet arrangement 110 according to 1 readily with an embodiment 200 according to 3 be used and vice versa. The configuration of the magnet arrangement will only be selected by the person skilled in the art on the basis of the desired measurement characteristic.

Ebenso wie die Streufeldrichtung der Magnetanordnung kann auch die Sensorebene der Sensoreinheit frei ausgerichtet werden, um dadurch Einfluss auf die Meßgenauigkeit nehmen zu können. Insbesondere kann die Sensorebene parallel oder senkrecht zum Magnetfeld ausgerichtet werden, um die Sensitivität der Messanordnung vorzugeben.Like the stray field direction of the magnet arrangement, the sensor plane of the sensor unit can also be aligned freely, in order thereby to be able to influence the measurement accuracy. In particular, the sensor plane can be aligned parallel or perpendicular to the magnetic field in order to predetermine the sensitivity of the measuring arrangement.

Die Haltevorrichtung 220 ist hier im Wesentlich hohlzylinderförmig bzw. hülsenförmig ausgebildet und umfasst einen ersten Befestigungsbereich 222 zur Befestigung an der ersten Welle 12, einen zweiten Befestigungsbereich 226 zur Befestigung an der zweiten Welle 16 und einen sich dazwischen erstreckenden Haltebereich 224 zur Halterung der Magnetanordnung 210. Der erste Befestigungsbereich 222 umfasst ein Innengewinde, das an einem entsprechenden Außengewinde an der ersten Welle 12 befestigt ist. Der zweite Befestigungsbereich 226 ist drehfest, aber axial verschiebbar an der zweiten Welle 16 gelagert, was beispielsweise durch eine Anordnung eines Zapfens 17 der zweiten Welle 16 in einem Langloch 227 des zweiten Befestigungsbereichs 226 bewerkstelligt werden kann (vgl. Detailausschnitt in 3). Der Haltebereich 224 selbst kann hier relativ einfach, bspw. als Hohlzylinder o. ä. ausgebildet sein.The holding device 220 here is substantially hollow cylindrical or sleeve-shaped and comprises a first attachment area 222 for attachment to the first shaft 12 , a second attachment area 226 for attachment to the second shaft 16 and a holding area extending therebetween 224 for holding the magnet assembly 210 , The first attachment area 222 includes an internal thread, which at a corresponding external thread on the first shaft 12 is attached. The second attachment area 226 is rotationally fixed, but axially displaceable on the second shaft 16 stored, which for example by an arrangement of a pin 17 the second wave 16 in a slot 227 of the second attachment area 226 can be accomplished (see detail in 3 ). The holding area 224 itself can here relatively simple, eg. As a hollow cylinder o. Ä. Be formed.

Bei einer Verdrehung A, B der ersten Welle 12 zur zweiten Welle 16 kommt es durch die Gewindeverbindung zwischen erster Welle 12 und Haltevorrichtung 220 zu einer einer Axialverschiebung C der Magnetanordnung 210, welche durch die dadurch hervorgerufenen Veränderung des Streufelds 112 am Ort der Sensoreinrichtung 130 detektiert werden kann.At a rotation A, B of the first wave 12 to the second wave 16 it comes through the threaded connection between the first shaft 12 and holding device 220 to an axial displacement C of the magnet assembly 210 caused by the change in the stray field caused thereby 112 at the location of the sensor device 130 can be detected.

In 4 ist eine dritte bevorzugte Ausführungsform 300 einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung an der Welle 10 schematisch in Querschnittsansicht dargestellt. Die Sensoranordnung 300 umfasst wieder die Magnetanordnung 110, die an der Haltevorrichtung befestigt ist, wobei es sich bspw. um eine Haltevorrichtung 120 gemäß 1 oder eine 120 oder um eine Haltevorrichtung 220 gemäß 3 handeln kann.In 4 is a third preferred embodiment 300 a sensor arrangement according to the invention on the shaft 10 schematically shown in cross-sectional view. The sensor arrangement 300 again includes the magnet assembly 110 , which is attached to the holding device, which is, for example, a holding device 120 according to 1 or one 120 or a holding device 220 according to 3 can act.

In 4 ist eine Lösung gezeigt, die zu einer erhöhten Genauigkeit des Messergebnisses führt. Insbesondere kann eine genaue Rundheit der beteiligten Komponenten Wellen 12 und 16, Haltevorrichtung 120, 220, Magnetanordnung 110 usw. nicht garantiert werden, so dass eine Veränderung des radialen Abstandes zwischen der Magnetanordnung 110 und der Sensoreinheit 130, welche ebenfalls zu einer Veränderung des Streufelds führen würde, nicht ausgeschlossen werden kann.In 4 a solution is shown that leads to an increased accuracy of the measurement result. In particular, an accurate roundness of the components involved can ripples 12 and 16 , Holding device 120 . 220 , Magnet arrangement 110 etc. are not guaranteed, so that a change in the radial distance between the magnet assembly 110 and the sensor unit 130 , which would also lead to a change in the stray field, can not be excluded.

Als eine erste Lösung dieses Problems umfasst die Sensoranordnung 300 zusätzlich eine zweite ringförmige Magnetanordnung 311, die ortsfest mit der ersten Welle 12 verbunden und so neben der Magnetanordnung 110 angeordnet ist, dass entgegengesetzte Magnetpole benachbart sind und ein Magnetfeld 112 in dem Spalt zwischen den Magnetanordnungen 110 und 311 ausgebildet wird. Diese Anordnung mit zwei Magnetanordnungen führt zu einer Homogenisierung des Magnetfelds im Spalt. Durch Anordnung der Sensoreinheit 130 in dem Spalt werden Messfehler, die durch Unrundheiten der Bauteile und die damit einhergehende Radialverschiebung der Magnetanordnung hervorgerufen werden, reduziert.As a first solution to this problem, the sensor assembly includes 300 additionally a second annular magnet arrangement 311 that is stationary with the first wave 12 connected and so next to the magnet assembly 110 is arranged that opposite magnetic poles are adjacent and a magnetic field 112 in the gap between the magnet arrangements 110 and 311 is trained. This arrangement with two magnet arrangements leads to a homogenization of the magnetic field in the gap. By arrangement of the sensor unit 130 In the gap measurement errors caused by non-circularity of the components and the associated radial displacement of the magnet assembly are reduced.

Bei einer Verdrehung A, B der ersten Welle 12 zur zweiten Welle 16 kommt es – wie erläutert – zu einer Axialverschiebung C der ersten Magnetanordnung 110, so dass sich der Spalt zwischen erster Magnetanordnung 110 und zweiter Magnetanordnung 311 vergrößert oder verkleinert. In der Folge ändert sich direkt die Feldstärke des in dem Spalt verlaufenden Magnetfelds 112, welche von der ersten Sensoreinheit 130 erfasst wird.At a rotation A, B of the first wave 12 to the second wave 16 it comes - as explained - to an axial displacement C of the first magnet assembly 110 , so that the gap between the first magnet arrangement 110 and second magnet arrangement 311 enlarged or reduced. As a result, the field strength of the magnetic field extending in the gap changes directly 112 that of the first sensor unit 130 is detected.

Ist eine Anordnung der Sensoreinheit 130 in dem Spalt nicht möglich, so kann die Sensoreinheit auch neben dem Spalt angeordnet werden, was jedoch die Empfindlichkeit bezüglich einer Radialverschiebung wieder erhöht. In diesem Fall kann zur Verbesserung – wie dargestellt – zusätzlich eine zweite Sensoreinheit 331 in einiger Entfernung vom Spalt angeordnet werden, um eine Referenzmessung durchzuführen. Bei einer solchen Anordnung wird das am Ort der zweiten Sensoreinheit 331 verlaufende Streufeld 113 kaum durch die Axialverschiebung C beeinflusst. Vielmehr rührt die maßgebliche Beeinflussung von einer Radialverschiebung der nächstliegenden Magnetanordnung 311 her. Als weitere Verbesserung könnte eine dritte Sensoreinheit (nicht gezeigt) neben der Magnetanordnung 110 vorgesehen sein, um deren Radialverschiebung zu messen.Is an arrangement of the sensor unit 130 not possible in the gap, so the sensor unit can also be arranged next to the gap, but this increases the sensitivity to a radial displacement again. In this case, to improve - as shown - additionally a second sensor unit 331 be arranged at some distance from the gap to one Perform reference measurement. With such an arrangement, that will be at the location of the second sensor unit 331 running stray field 113 hardly influenced by the axial displacement C. Rather, the significant influence of a radial displacement of the nearest magnet assembly 311 ago. As a further improvement, a third sensor unit (not shown) could be located next to the magnet assembly 110 be provided to measure their radial displacement.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1269133 B1 [0003]
DE 102005031086 A1 [0004]

Claims

Sensor arrangement for detecting a rotation between a first shaft ( 12 ) and a second wave ( 16 ) of a shaft arrangement ( 10 ), with a ring-shaped first magnet arrangement ( 110 ), which by means of a holding device ( 120 . 114 ) at the shaft arrangement ( 10 ) and a first sensor device ( 130 ) for detecting the of the first magnet arrangement ( 110 ) generated magnetic field ( 112 ), wherein the holding device ( 120 . 114 ) is designed such that a rotation of the first shaft ( 12 ) to the second wave ( 16 ) to an axial displacement (C) of the first magnet arrangement ( 110 ) relative to the sensor device ( 130 ) leads.

Sensor arrangement according to claim 1, wherein the holding device ( 120 ) a first attachment area ( 122 ) for fixing the holding device to the first shaft ( 12 ), a second attachment area ( 126 ) for fastening the holding device to the second shaft ( 16 ) and a holding region extending between the first and second attachment regions ( 124 . 114 ) for holding the magnet assembly ( 110 ) having.

Sensor arrangement according to claim 2, wherein the first and the second mounting portion are rotatably connected to the first and the second shaft and the holding area ( 124 ) angled struts ( 125 ), wherein a strut ( 125 ) a shorter first arm ( 125a ) and an angled longer second arm extending therefrom ( 125b ), wherein the first magnet arrangement ( 110 ) at the connection ( 125c ) is attached by first and second arm.

Sensor arrangement according to claim 2, wherein the first attachment region ( 122 ) has an internal thread and on an external thread of the first shaft ( 12 ) and wherein the second attachment area ( 126 ) rotationally fixed and axially displaceable with the second shaft ( 16 ) is to be connected.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, having a second ring-shaped magnet arrangement ( 311 ) axially fixed to the first shaft ( 12 ) and so next to the first magnet arrangement ( 110 ) is arranged such that a first pole of the first magnet arrangement ( 110 ) a second, opposite pole of the second magnet arrangement ( 311 ) and wherein the first sensor device ( 130 ) to capture the difference between the first ( 110 ) and the second ( 311 ) Magnetic arrangement forming stray field ( 112 ) serves.

Sensor arrangement according to claim 5, wherein the first sensor device ( 130 ) in a gap between the first ( 110 ) and the second ( 311 ) Magnet arrangement is arranged.

Sensor arrangement according to Claim 5 or 6, having a second sensor unit ( 331 ) spaced from a gap between the first ( 110 ) and the second ( 311 ) Magnet arrangement is arranged and for detecting a radial displacement of the first ( 110 ) and / or the second ( 311 ) Magnet arrangement is used.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein no flux guide plates between the first and / or second magnet arrangement ( 110 . 311 ) and the first and / or second sensor device ( 130 . 331 ) are arranged.

Steering column ( 10 ) with a first wave ( 12 ), a second wave ( 14 ), an arranged between the first and second shaft torsion bar ( 16 ) and a sensor arrangement ( 100 . 200 . 300 ) according to any one of the preceding claims.

Steering column ( 10 ) according to claim 9, wherein the sensor arrangement ( 100 . 200 . 300 ) a relative to the steering column ( 10 ) stationary sensor device ( 130 . 331 ).

Method for detecting a rotation between a first shaft ( 12 ) and a second wave ( 14 ) of a shaft arrangement ( 10 ), wherein a ring-shaped magnet arrangement ( 110 ) attached to the shaft assembly ( 10 ) is fixed, with a rotation of the first shaft ( 12 ) to the second wave ( 14 ) relative to the shaft arrangement ( 10 ) is axially displaced, wherein the of the magnet assembly ( 110 ) generated magnetic field ( 112 ) is detected, the axial displacement (C) and therefrom the rotation between the first shaft ( 12 ) and the second wave ( 14 ) capture.