DE10144143C1

DE10144143C1 - Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE10144143C1
Application number: DE2001144143
Authority: DE
Inventors: Harald Donner; Ralf Boebel; Klaus Nieding
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-09-11

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

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.