DE10144143C1 - Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung - Google Patents
Torsionsmodul für eine DrehmomenterfassungseinrichtungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksysdtems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad mit einem an der Lenkspindel befestigbaren inneren Kranz und einem über Biegespeichern mit dem inneren Kranz verbundenen und konzentrisch zu diesem angeordneten äußeren Kranz. DOLLAR A Bei einem solchen Torsionsmodul ist das technische Problem zu lösen, die gegenseitige Bewegung der Kränze begrenzende Anschlagelemente und diesen zugeordnete Anschlaganordnungen bereitzustellen, die mit hoher Präzision aber dennoch einfach und kostengünstig herstellbar sind. DOLLAR A Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die Anschlagelemente als stiftartige, zylinderförmige Elemente ausgebildet sind, welche jeweils mit ihrem einen Ende fest mit dem einem Kranz verbunden sind und mit ihrem anderen, freien Ende in eine die jeweils zugeordnete Anschlaganordnung bildende, in dem anderen Kranz oder einem mit diesem fest verbundenen Speichenabschnitt angebrachte zylinderförmige Bohrung hineinragen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Torsionsmodul für eine Drehmoment
erfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungs
systems, umfassend ein Speichenrad mit einem an der Lenkspindel
befestigbaren inneren Kranz und einem über Biegespeichen mit dem inneren
Kranz verbundenen und konzentrisch zu diesem angeordneten äußeren
Kranz.
Drehmomenterfassungseinrichtungen der betreffenden Art werden in
Kraftfahrzeugen eingesetzt, um das auf das Lenkrad ausgeübte Drehmoment
zu erfassen, welches als Eingangsgröße für elektrische
Lenkkraftunterstützungssysteme benötigt wird. Zur Drehmomenterfassung
wird dabei ein Torsionsmodul benötigt, das einen Drehwinkelversatz zwischen
zwei miteinander kooperierenden Bauteilen - Lenkspindel und Lenkrad - bei
Anlegen eines Drehmoments gestattet. Als Torsionsmodul für eine
Lenkdrehmomenterfassungseinrichtung wird bei der DE 27 34 182 ein Körper
eingesetzt, der aus zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten
Ringen gebildet ist, die mit mehreren im gleichen Winkelabstand zueinander
angeordneten Metallstreifen verbunden sind. Während der obere Ring
drehfest mit dem Lenkrad verbunden ist, ist der untere Ring drehfest mit der
Lenkspindel verbunden. Bei Anlegen eines Drehmoments am Lenkrad und
somit am dem oberen Ring unterliegen die Metallstreifen einer Torsion und
sind daher einer Biegung unterworfen. Das Maß der Biegung der
Metallstreifen gibt Aufschluß über das anliegende Drehmoment. Zur Erfassung
dieser Größe sind an einigen Metallstreifen Dehnungsmeßstreifen angebracht,
die an eine Auswerteeinheit angeschlossen sind. Ein Torsionsmodul dieser Art
bietet jedoch zum einen keinen Schutz gegen Fehlmessungen durch
Belastungen, die in axialer Richtung auftreten, da auch solche zu einer
Biegung der Metallstreifen führen können, zum anderen weist es eine relativ
große Bauhöhe in axialer Richtung auf.
Ein dem Oberbegriff des vorliegenden Hauptanspruchs entsprechendes
Torsionsmodul, bei dem zwei Elemente konzentrisch zueinander angeordnet
sind, ist durch die DE 37 37 696 A1 bekannt geworden. Beim Gegenstand
dieses Torsionsmoduls ist ein innenliegender Kranz über als Biegestäbe
ausgebildetete Speichen mit einem außenliegenden Kranz verbunden.
Wechselweise zu den Biegespeichen sind biegesteife Speichen angeordnet,
welche den inneren und den äußeren Kranz jeweils mittels eines in eine
Anschlaganordnung eingreifenden Anschlagelements in Eingriff bringen.
Die EP 442 091 A1 offenbart eine Drehmomentmeßeinrichtung, die ebenfalls
ein Torsionsmodul gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Hauptanspruchs
aufweist. Auch bei diesem Torsionsmodul ist ein innenliegender Kranz über
als Biegestäbe ausgebildetete Speichen mit einem außenliegenden Kranz
verbunden. Als Überlastschutz für die Biegestäbe sind biegesteife Elemente
vorhanden, welche den inneren und den äußeren Kranz jeweils mittels eines
in eine Anschlaganordnung eingreifenden Anschlagelements in Eingriff
bringen.
Damit die Verformung der Biegespeichen gering und somit elastisch bleibt,
muß der bis zur Anlage der Anschlagelemente an den Anschlaganordnungen
zurückzulegende Weg relativ klein gehalten werden. Entsprechend schmal
sind deshalb die Luftspalte zwischen den korrespondierenden Flächen
auszubilden, was bei einer im Verhältnis deutlich größeren Materialstärke in
axialer Richtung Zeit- und kostenaufwendige Fertigungsverfahren bedingt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Torsionsmodul der
genannten Art bereitzustellen, bei dem solche Anschlagelemente und diesen
zugeordnete Anschlaganordnungen mit hoher Präzision aber dennoch einfach
und kostengünstig herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlag
elemente als stiftartige, zylinderförmige Elemente ausgebildet sind, welche
jeweils mit ihrem einen Ende in einer radial ausgerichteten Bohrung in einem
mit dem inneren Kranz einstückig ausgebildeten biegesteifen Element oder in
dem äußeren Kranz befestigt sind, und welche jeweils mit ihrem anderen,
freien Ende in eine die jeweils zugeordnete Anschlaganordnung bildende, in
dem äußeren Kranz oder in einem mit dem inneren Kranz einstückig
ausgebildeten biegesteifen Element vorhandene zylinderförmige Bohrung
hineinragen.
Neben der einfachen Herstellbarkeit bietet eine solche Anordnung gleichzeitig
auch den Vorteil, nicht nur in radialer sondern auch in axialer Richtung
wirksam zu sein und somit auch in dieser Richtung wirksame Kräfte
begrenzen zu können, was bei dem Gegenstand nach dem Stand der Technik
nicht möglich war.
Eine besonders einfach herzustellende Ausführungsform ist dadurch
gekennzeichnet, daß sowohl die stiftartigen, zylinderförmigen Elemente als
auch die ihnen zugeordneten Bohrungen mit kreisrunden Querschnitten
versehen sind.
Eine weitere Ausführungsform, die von der kreisrunden Form abweichende
Querschnitte der stiftartigen, zylinderförmigen Elemente und/oder der
Bohrungen aufweist, ist zwar in der Herstellung etwas aufwendiger, bietet
jedoch die Möglichkeit in axialer und in radialer Richtung unterschiedliche
Bewegungsspielräume zu realisieren, so daß z. B. in axialer Richtung wirkende
Mißbrauchskräfte zu einem deutlich früheren Eingriff der Anschlagelemente in
der Anschlaganordnung führen als die in radialer Richtung wirkenden
Lenkkräfte.
Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Gegenstands sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 Ein erfindungsgemäßes Torsionsmodul in einer perspektivischen
Ansicht sowie im Querschnitt.
Fig. 2 Eine Ausschnittsvergrößerung aus der Schnittdarstellung des
Torsionsmoduls aus Fig. 1
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt ein Torsionsmodul für eine Drehmoment
erfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungs
systems ein Speichenrad 1 mit vier Biegespeichen 3.1-3.4, die einen an der
Lenkspindel befestigbaren inneren Kranz 2 mit einem konzentrisch zu diesem
angeordneten, zur Befestigung an einem Lenkrad vorgesehenene äußeren
Kranz 4 verbinden, und welche bei einem Drehwinkelversatz zwischen dem
inneren 2 und dem äußeren Kranz 4 zumindest bereichsweise einer Biegung
unterworfen sind. Der innere 2 sowie der äußere Kranz 4 weisen zur
Befestigung an der Lenkspindel bzw. dem Lenkrad in axialer Richtung sich
erstreckende Bohrungen 3' bzw. 4' auf. Wechselweise zu den Biegespeichen
3.1-3.4 angeordnet weist das Speichenrad 1 biegesteife Speichenabschnitte
5.1-5.4 auf, welche einstückig mit dem inneren Kranz 2 ausgeführt sind und
sich von diesem bis in die Nähe des inneren Randes des äußeren Kranzes 4
erstrecken, wobei zwischen den Enden der Speichenabschnitte 5.1-5.4 und
dem inneren Rand des äußeren Kranzes 4 ein Abstand eingehalten ist, der als
Spaltmaß d (siehe Fig. 2) mit gängigen Herstellungsmethoden wie Sägen,
Erodieren, Fräsen oder auch Stanzen ohne weiteres realisierbar ist. Die
Speichenabschnitte 5.1-5.4 weisen jeweils sich in radialer Richtung
erstreckende Bohrungen 5.1*-5.4* auf, die mit in dem äußeren Kranz 4
vorhandenen Bohrungen 4.1-4.4 fluchtend ausgeführt sind. Die Bohrungen
4.1-4.4 in dem äußeren Kranz 4 sowie in den Speichenabschnitten 5.1-5.4
sind dabei kreiszylindrisch ausgeführt, wobei der Durchmesser der Bohrungen
4.1-4.4 in dem äußeren Kranz größer als der Durchmesser der Bohrungen
5.1*-5.4* in den Speichenabschnitten 5.1-5.4 ist, und zwar um das
zweifache des Maßes, um welches sich die beiden Kränze 2 und 4 bei einer
Drehmomentbeaufschlagung gegeneinander verdrehen dürfen. Zur
Begrenzung der Drehbewegung sind in den Bohrungen 5.1*-5.4* der
Speichenabschnitte 5.1-5.4 zylinderförmige Stifte 6.1-6.4 eingesetzt (in
Fig. 1 sind nur 6.3 und 6.4 dargestellt), die in die Bohrungen 4.1-4.4 des
äußeren Kranzes 4 hineinragen und auf ihrer gesamten Länge einen dem
Innendurchmesser der Bohrungen 5.1*-5.4* in den Speichenabschnitten 5.1
-5.4 entsprechenden Außendurchmesser aufweisen.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung in Fig. 2 zu sehen, sind
zwischen den in die Bohrungen 4.1-4.4 in dem äußeren Kranz 4
hineinragenden freien Enden der Stifte 6.1-6.4 und den Bohrungen selbst
wegen des größeren Durchmessers der Bohrungen Luftspalte vorhanden. Die
freien Enden der Stifte 6.1-6.4 bilden somit Anschlagelemente, welche mit
den Wänden der Bohrungen 4.1-4.4 als zugeordnete Anschlaganordnungen
zusammenwirken. Die Begrenzung der Bewegung des inneren Kranzes 2
gegenüber dem äußeren Kranz 4 ist dabei sowohl in radialer als auch in
axialer Richtung gegeben.
Die Stifte 6.1-6.4 können in den Bohrungen 5.1*-5.4* der
Speichenabschnitte 5.1-5.4 eingepreßt, geklebt, geschraubt oder in
sonstiger Weise befestigt sein.
Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein
erfindunggemäßes Torsionsmodul selbstverständlich auch so zu realisieren,
daß die Stifte 6.1-6.4 in dem äußeren Kranz 4 befestigt sind und mit ihren
freien Enden in die Bohrungen 5.1*-5.4* der Speichenabschnitte 5.1-5.4
mit entsprechendem Spiel in radialer und axialer Richtung hineinragen.
Claims (7)
1. Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines
Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein
Speichenrad (1) mit einem an der Lenkspindel befestigbaren inneren
Kranz (2) und einem über Biegespeichen (3.1-3.4) mit dem inneren
Kranz (2) verbundenen und konzentrisch zu diesem angeordneten
äußeren Kranz (4), welche Biegespeichen (3.1-3.4) bei einem
Drehwinkelversatz zwischen dem inneren (2) und dem äußeren Kranz (4)
zumindest bereichsweise einer Biegung unterworfen sind, und wobei
wechselweise zu den Biegespeichen (3.1-3.4) biegesteife Elemente
angeordnet sind, welche den inneren (2) und den äußeren Kranz (4)
jeweils mittels eines in eine Anschlaganordnung eingreifenden
Anschlagelements in Eingriff bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anschlagelemente als stiftartige, zylinderförmige Elemente (6.1-6.4)
ausgebildet sind, welche jeweils mit ihrem einen Ende in einer radial
ausgerichteten Bohrung (5.1*-5.4*, 4.1-4.4) in einem mit dem inneren
Kranz (2) einstückig ausgebildeten biegesteifen Element (5.1-5.4) oder
in dem äußeren Kranz (4) befestigt sind, und welche jeweils mit ihrem
anderen, freien Ende in eine die jeweils zugeordnete Anschlaganord
nung bildende, in dem äußeren Kranz (4) oder in einem mit dem inneren
Kranz (2) einstückig ausgebildeten biegesteifen Element (5.1-5.4)
vorhandene zylinderförmige Bohrung (4.1-4.4, 5.1*-5.4*) hineinragen.
2. Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die
Anschlagelemente bildenden, stiftartigen, zylinderförmigen Elemente
(6.1-6.4) auf Abschnitten ihrer Länge zumindest zwei unterschiedliche
Querschnittsformen und/oder -abmessungen aufweisen.
3. Torsionsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die die Anschlagelemente bildenden, stiftartigen, zylinderförmigen
Elemente (6.1-6.4) zumindest auf Abschnitten ihrer Länge einen
kreisrunden Querschnitt aufweisen.
4. Torsionsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Anschlagelemente bildenden,
stiftartigen, zylinderförmigen Elemente (6.1-6.4) zumindest auf
Abschnitten ihrer Länge einen ovalen Querschnitt aufweisen.
5. Torsionsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschlaganordnung bildenden,
zylinderförmigen Bohrungen (4.1-4.4) jeweils einen kreisrunden
Querschnitt aufweisen.
6. Torsionsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschlaganordnung bildenden
zylinderförmigen Bohrungen (4.1-4.4) jeweils einen von der kreisrunden
Form abweichenden, in umfänglicher und in axialer Richtung
unterschiedliche Abmessungen aufweisenden Querschnitt haben.
7. Torsionsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß an zumindest einer Biegespeiche (3.1) ein druck-
oder dehnungsempfindlicher, elektrische Ausgangssignale generierender
Meßwertaufnehmer 7 an einem solchen Bereich der Biegespeiche (3.1)
unmittelbar angebracht ist, der bei einem Drehwinkelversatz zwischen
dem inneren (2) und dem äußeren Kranz (4) einer Biegung unterworfen
ist.
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