DE102009028828A1

DE102009028828A1 - Verfahren zur Festlegung eines bewegbaren Bauteils eines Sensors an einem bewegbaren Bauteil eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102009028828A1
Application number: DE200910028828
Authority: DE
Inventors: Jefferson Fahner; Gerhard Ruf
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2011-03-03
Also published as: WO2011023494A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festlegung eines bewegbaren Bauteiles (1) eines Sensors (2) an einem bewegbaren Bauteil (3) eines Lenksystems. Um eine rasche, sichere und exakte Positionierung eines bewegbaren Bauteils eines Sensors an einem bewegbaren Bauteil eines Lenksystems zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß das bewegbare Bauteil (1) oder der Sensor (2) in einer Aufnahme (4) lösbar fixiert wird und das bewegbare Bauteil (3) des Lenksystems in einer Aufnahme (5) lösbar fixiert wird, anschließend das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) und/oder der Sensor (2) erwärmt werden und an zumindest einer Paßfläche (6) des bewegbaren Bauteiles (3) des Lenksystems angeordnet wird, wobei nach Abkühlung des bewegbaren Bauteils (1) des Sensors (2) eine Preßpassung zwischen dem bewegbaren Bauteil (1) des Sensors (2) und dem bewegbaren Bauteil (3) des Lenksystems hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festlegung eines bewegbaren Bauteils eines Sensors an einem bewegbaren Bauteil eines Lenksystems.
In Lenksystemen, etwa in Hilfskraft- oder Femdkraftlenksystemen von Kraftfahrzeugen werden für unterschiedliche Zwecke Sensoren verbaut. Die DE 198 55 064 B4 beschreibt einen Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem als Code-Scheibe ausgebildeten Rotor. Die Codescheibe ist als bewegbares Bauteil des Sensors drehfest mit einer Lenkwelle als bewegbares Bauteil des Lenksystems verbunden. Auf der Oberfläche der Codescheibe ist ein eingängiger, spiralförmiger Steg angeordnet. Bei einer Drehung der Codescheibe schaltet der Steg jeweils winkelabhängig unterschiedliche Bereiche eines radial zur Codescheibe angeordneten Zeilensensors ab, sodaß der Zeilensensor die Winkelstellung der Codescheibe innerhalb einer Umdrehung direkt ermitteln kann. Auf der Oberfläche der Codescheibe ist des weiteren ein mehrgängiger, spiralförmiger Steg angeordnet, mit dem ein radial geführter Reiter gekoppelt ist. Bei einer Drehung der Codescheibe, auch über mehrere Umdrehungen, wird der Reiter radial zu der Codescheibe verschoben, wobei die Weite dieser radialen Verschiebung ebenfalls durch den Zeilensensor ermittelt wird, sodass die vollständigen Umdrehungen der Codescheibe bestimmt und gezählt werden können. Hierdurch ergibt sich eine absolute Drehwinkelmessung über mehrere Umdrehungen.
Die EP 1 574 421 A1 beschreibt einen Lenkwinkelsensor zur Bestimmung der Drehwinkelstellung eines Lenkrades oder einer Lenkwelle mit einer ersten, mit dem Lenkrad und/oder der Lenksäule bewegungsgekoppelten und mehrere Polpaare aufweisenden Magnetspur und einer zweiten, ebenfalls mit dem Lenkrad und/oder der Lenksäule gekoppelten und eine Vielzahl an Polpaaren aufweisenden Magnetspur. Die erste Magnetspur wird mit digitalen Magnetfeldschaltern abgetastet und die zweite Magnetspur wird mit linearen Magnetfeldsensoren abgetastet. Eine Auswerteeinrichtung wertet die Signale der Magnetfeldsensoren aus und bestimmt einen absoluten Drehwinkel. Im Gegensatz zu optisch arbeitenden Sensoren ist diese Meßanordnung unempfindlicher gegen Verschmutzung. Über die Abtastung der zweiten Magnetspur mit linearen Magnetfeldsensoren kann folglich ein innerhalb einer Umdrehung der Lenkwelle mehrdeutiger Winkel ermittelt werden. Zur eindeutigen Zuordnung des mehrdeutigen Winkels werden die digitalen Ausgangssignale der Magnetfeldschalter herangezogen. Die Magnetspuren sind auf einem rotorartigen Träger angeordnet, wobei vorteilhaft eine erste Magnetspur n Polpaare aufweist und von 1 = n – 1 digitalen Magnetfeldschaltern abgetastet wird. Die zweite Magnetspur wird von wenigstens zwei linearen Magnetfeldsensoren abgetastet. In einem Ausführungsbeispiel des Lenkwinkelsensors sind an einem Rotor beide Magnetspuren angeordnet. Die Magnetspuren sind konzentrisch zueinander angeordnet und definieren jeweils eine Kreisbahn.
Es sind andere Bauformen von sogenannten „multiturn-Sensoren” bekannt, deren Umdrehung ihres Geberelements eindeutig über mehrere Umdrehungen feststellbar und mit der für Lenksysteme erforderlichen Auflösegenauigkeit darstellbar sind.
Die Fixierung der bewegbaren Bauteile solcher Sensoren hat für eine Serienproduktion von Lenksystemen in einem sehr kurzen Zeitintervall, reproduzierbar genau und sicher an einem bewegbaren Bauteil eines Lenksystemes, respektive einer Lenkwelle oder einer Welle eines Servomotors zu erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Festlegung eines bewegbaren Bauteiles eines Sensors eines Lenksystems an einem bewegbaren Bauteil eines Lenksystems anzugeben, das eine rasche, exakte und sichere Positionierung des Sensorbauteiles an dem betreffenden Bauteil des Lenksystems ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß das erfindungsgemäße Montageverfahren für den Sensor oder zumindest dessen bewegbaren Bauteiles an das bewegbare Bauteil des Lenksystems eine Fixierung beider zu fügenden bewegbaren Bauteile in entsprechenden Aufnahmen vorsieht und einer anschließenden Beaufschlagung des bewegbaren Bauteils des Sensors mit Hitze zu dessen Wärmedehnung, wobei das erhitzte bewegbare Bauteil des Sensors mit Hilfe der Aufnahme auf oder an eine Paßfläche an dem bewegbaren Bauteil des Lenksystems aufgebracht wird und wobei bei dessen Erkalten eine Preßpassung ausreichender Festigkeit zwischen den beiden bewegbaren Bauteilen gebildet wird, ist ein Verfahren angegeben, das eine exakt reproduzierbare Festlegung des Sensors oder dessen bewegbaren Bauteils an dem bewegbaren Bauteil des Lenksystems ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren bedarf keines Einbringens von Montagehilfsmitteln, wie Klebstoff, Befestigungselementen und dergleichen und ist aufgrund der wenigen notwendigen Verfahrensschritte schnell und genau durchführbar.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist zweckmäßig, den radialen oder axialen Verfahrweg des in der Aufnahme, insbesondere des in der Aufnahme für das bewegbare Bauteil des Sensors eingebrachten Bauteils bei der Montage zu überwachen. Zu diesem Zweck ist an der diesbezüglichen Aufnahme eine Achse angeordnet, die eine feste Bezugsgröße etwa für einen Montage-Roboterarm bildet und deren Bewegung gemessen wird.
Um eine sichere Festlegung des bewegbaren Bauteiles des Sensors an dem bewegbaren Bauteil des Lenksystems zu gewährleisten ist es zweckmäßig, an Paßflächen des bewegbaren Bauteils des Lenksystems Gestaltmerkmale vorzusehen, die nach dem Zusammenfügen der betreffenden Bauteile einen Formschluß und eine drehfeste Verbindung der betreffenden Bauteile ermöglicht. Zu diesem Zweck kann eine Keilwellenverzahnung, eine Rändelung oder eine andere von der Kreisform abweichende Gestalt des bewegbaren Bauteils des Lenksystems vorgesehen sein.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Aufnahme für das bewegbare Bauteil oder für den Sensor ein Heizelement eingebaut, das das betreffende Bauteil des Sensors, welches in Anlage oder Verbindung mit den oder der Paßfläche des bewegbaren Bauteils des Lenksystems gelangt, aufheizt und damit aufweitet um gefügt werden zu können. Der Aufheizvorgang benötigt wenige Sekunden, vorzugsweise 14 bis 18 Sekunden, bevor die Montage erfolgen kann.
Die beiden Aufnahmen für die bewegbaren Bauteile weisen bevorzugt topfförmige Gestalt auf, mit deren Seitenränder die betreffenden Bauteile klemmbar sind, im Sinne eines sicheren, lagegenauen, temporären, lösbaren Festlegens zum Zweck und über das Zeitintervall deren Montage.
Es ist zweckmäßig, insbesondere ringförmige Bauteile eines Sensors, die in der Lage sind Wellen oder Wellenbaugruppen zu umschließen, vorzusehen. Ein derartiger, mit Geberelementen bestückter Rotor kann sich bei Hitzeeinwirkung kontrolliert und definiert dehnen, wodurch er anschließend mit Spiel auf die betreffende Welle aufbringbar ist und bei dessen Erkalten, eine Preßpassung bildend, auf der betreffenden Paßfläche oder den Paßflächen der Welle festgelegt wird.
Es versteht sich, daß das betreffende bewegbare Bauteil des Sensors und dessen Paßbereich so gestaltet ist, daß im Rahmen der möglichen Betriebstemperaturen des Sensors kein unerwünschtes Spiel sich einstellt.
Es kann zweckmäßig sein, einen Werkstoff für das betreffende bewegbare Bauteil des Sensors zu wählen, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 15 × 10^–6/K aufweist. Dafür eignen sich Aluminiumlegierungen ebenso wie thermoplastische Kunststoffe, insbesondere ein Polyamid-Kunststoff. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen einen Polyamid 6-Typ, wie PA 6.6 G 15-Kunststoff zu wählen.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil, bewegbar
2: Sensor
3: Bauteil, bewegbar
4: Aufnahme
5: Aufnahme
6: Paßfläche
7: Achse
8: Einrichtung
9: Drehwinkelsensor
10: Lenkwelle
11: Sensorgehäuse
12: Schneckenrad
13: Längsachse

Die Erfindung wird nun weiter anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenbaugruppe und eines Sensors für ein Lenksystem, welche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu montieren sind,
2 zeigt einen Längsschnitt durch den Sensor und die Wellenbaugruppe teiweise im montierten Zustand des Sensors, der als Drehwinkelsensor gebildet ist.
In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht teilweise eine Lenkwelle 10 eines elektrischen Hilfskraftlenksystems mit einer Möglichkeit zur Aufbringung einer Lenkhilfskraft auf die Lenkwelle 10 durch einen nicht gezeigten Servomotor dargestellt. Das Hilfskraft-Lenksystem ist für einen Personenkraftwagen vorgesehen. Ein als Lenk- oder Drehwinkelsensor 9 gebildeter Sensor 2 ist zur Messung der absoluten Drehlage der gezeigten Wellenbaugruppe der Lenkwelle 10 vorgesehen und weist ein bewegbares, scheibenartiges Bauteil 1 zur Bewegungskoppelung mit der Lenkwelle 10 auf. Das bewegbare Bauteil 1 des Sensors 2 weist eine nicht näher gezeigte erste Magnetspur mit n Polpaaren und eine zweite Magnetspur mit k Polpaaren auf. Die erste Magnetspur wird mit digitalen Magnetfeldschaltern und die zweite Magnetpur wird mit linearen Magnetfeldschaltern abgetastet. Die Signale der Magnetfeldschalter werden von einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit in einen absoluten Drehwinkel transformiert.
Zur Festlegung des bewegbaren Bauteiles 1 des Sensors 2 auf dem als Lenkwelle 10 gebildeten bewegbaren Bauteil des Lenksystems ist vorgesehen, den Sensor 2 mit seinem Sensorgehäuse 11, in eine topfartige Aufnahme 4 oder Montagevorrichtung einzusetzen, ebenso wird der gezeigte Teil der Lenkwelle 10 an einem drehfest mit der Lenkwelle 10 verbundenen Schneckenrad 12 in eine Aufnahme 5 eingesetzt. Die beiden topfförmigen Aufnahmen 4, 5 sind mit den jeweiligen darin aufgenommenen Bauteilen 1, 3 eindeutig in ihrer Lage zugeordnet. Die Aufnahme 4 für das Sensorgehäuse 11 weist zudem eine axial von der topfförmigen Aufnahmeeinheit für das Sensorgehäuse 11 abragende Achse 7 auf, die mit einer Längsachse 13 des Sensors 2 deckungsgleich ist. Die Achse 7 kann als Bezug für einen eingestellten Bewegungsweg für die Montage des Sensors 2 gewählt sein.
Das ringförmige bewegbare Bauteil 1 des Sensors 2 wird mit Hilfe einer Einrichtung 8 zum Erhitzen des bewegbaren Bauteils 1 und des Sensorgehäuses 11 vor seiner Montage erhitzt. Die als Heizelement gebildete Einrichtung 8 bildet dabei direkte Kontaktflächen für das Sensorgehäuse 11 und das bewegbare Bauteil 1 des Sensors 2 aus.
Nach einer Erhitzungsphase von etwa 14 bis 18 Sekunden und einer damit verbundenen Ausdehnung des bewegbaren Bauteiles 1 des Sensors 2, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Polyamid 6.6 – G 15 Kunststoff gebildet ist, wird die Aufnahme 4 für den Sensor 2 über die Lenkwelle 10 verfahren und in axialer Richtung zu dem Schneckenrad 12 (vgl. 2) bewegt, wo das bewegbare Bauteil 1 des Sensors 2 an zylindrische, gerauhte Paßflächen 6 der Lenkwelle 10 positioniert wird.
Nach Abkühlen des bewegbaren Bauteils 1 des Sensors 2 und des Sensorgehäuses 11 liegt das bewegbare Bauteil 1 drehfest an der Paßfläche 6 fest. Dies erfolgt durch einen Schrumpfungsvorgang des bewegbaren Bauteiles 1 und aufgrund einer im kalten Zustand vorgesehenen Untermaßes des bewegbaren Bauteils 1 des Sensors 2 relativ zu der Lenkwelle 10.
Die jeweiligen Aufnahmen 4,5 können nach dem Herstellen der Preßpassung zwischen dem bewegbaren Bauteil 1 des Sensors 2 und dem bewegbaren Bauteil 3 des Lenksystems von den jeweiligen Bauteilen 1, 3 abgezogen werden und stehen unmittelbar einer neuen Bestückung mit den jeweiligen Bauteilen zur Montage einer weiteren Wellen-Baugruppe oder Lenkwelle zur Verfügung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19855064 B4 [0002]
EP 1574421 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Festlegung eines bewegbaren Bauteils (1) eines Sensors (2) an einem bewegbaren Bauteil (3) eines Lenksystems, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Bauteil (1) oder der Sensor (2) in einer Aufnahme (4) lösbar fixiert wird und das bewegbare Bauteil (3) des Lenksystems in einer Aufnahme (5) lösbar fixiert wird, anschließend das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) und/oder der Sensor (2) erwärmt werden und an zumindest eine Paßfläche (6) des bewegbaren Bauteiles (3) des Lenksystems angeordnet werden, wobei nach Abkühlung des bewegbaren Bauteiles (1) des Sensors (2) eine Preßpassung zwischen dem bewegbaren Bauteil (1) des Sensors (2) und dem bewegbaren Bauteil (3) des Lenksystems hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrweg der Aufnahme (4) des Sensors (2) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Aufnahme (4) des Sensors (2) mit einer Achse (7) zur Führung und zur Überwachung des Verfahrweges der Aufnahme (4) versehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßfläche (6) Gestaltsmerkmale aufweist, die einen Formschluß zwischen dem bewegbaren Bauteil (1) des Sensors (2) und dem bewegbaren Bauteil (3) des Lenksystems ermöglichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (4) für den Sensor (2) oder des bewegbaren Bauteil (1) des Sensors (2) eine Einrichtung (8) zur Erwärmung des bewegbaren Bauteiles (1) des Sensors (2) oder des Sensors (2) umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Aufnahme (4) für den Sensor (2) oder das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) topfförmige Gestalt hat und/oder daß die Aufnahme (4) für das bewegbare Bauteil (3) des Lenksystems topfförmige Gestalt hat und das jeweilige bewegbare Bauteil (1, 3) zumindest teilweise an dessen Umfang umgreift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) ringförmige Gestalt hat und über das bewegbare Bauteil (3) des Lenksystems schiebbar ist, sobald es erhitzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) ein Drehwinkel- oder Drehmomentsensor (9) für eine Lenkwelle (10) des Lenksystems ist und das bewegbare Bauteil (3) des Lenksystems zumindest eine Wellenbaugruppe der Lenkwelle (10) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) und/oder ein Sensorgehäuse (11) aus einem Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von größer als 15 × 10^–6/K gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) und/oder das Sensorgehäuse (11) aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) und/oder das Sensorgehäuse (11) aus einem Polyamid-Kunststoff gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Bauteil (1) des Sensors (2) und/oder das Sensorgehäuse (11) aus einem Polyamid – 6.G-Typ gebildet ist.