DE102010048020A1 - Torsionsmodul - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad mit einem Innenring und einem konzentrisch zu diesem angeordneten Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring Biegespeichen angeordnet sind, die mit dem Innenring und dem Außenring verbunden sind, wobei der Innenring aus mehreren zusammengefügten Segmenten besteht, und wobei jedes Segment eine Anschlagspeiche und einen damit verbundenen Verschraubungsabschnitt aufweist, mit welchem eine Biegespeiche reibschlüssig verbunden ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad mit einem Innenring und einem konzentrisch zu diesem angeordneten Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring Biegespeichen angeordnet sind, die mit dem Innenring und dem Außenring verbunden sind.
- Drehmomenterfassungseinrichtungen der betreffenden Art werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um das auf das Lenkrad ausgeübte Drehmoment zu erfassen, dessen Wert etwa als Eingangsgröße für elektrische Lenkkraftunterstützungssysteme benötigt wird. Zur Drehmomenterfassung ist dabei ein Torsionsmodul vorgesehen, das einen Drehwinkelversatz zwischen Lenkspindel und Lenkrad bei Anlegen eines Drehmoments gestattet. Derartige Torsionsmodule sind beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften
DE 101 44 143 A1 undDE 101 44 054 A1 bekannt. - Die
DE 101 44 143 A1 zeigt ein Torsionsmodul, bei dem der Innenring und der Außenring über Biegespeichen einstückig miteinander verbunden sind. Das Torsionsmodul ist, bis auf separat zu montierende zylinderförmige Anschlagelemente, als ein massives Teil ausgebildet, welches beispielsweise aus Aluminium geschmiedet oder gegossen ist. Die Herstellung derartiger Teile ist durch die erforderliche umfangreiche und zeitaufwändige mechanische Bearbeitung sehr kostenaufwändig. - In der
DE 101 44 054 A1 ist ein Torsionsmodul beschrieben, bei dem der Innenring und der Außenring als separat gefertigte Teile ausgebildet sind, die durch mehrere ebenfalls separat gefertigte Biegespeichen miteinander kraft- und/oder formschlüssig verbunden sind. Die Einzelteile dieses Torsionsmoduls sind insgesamt einfacher und kostengünstiger herstellbar als das Torsionsmodul gemäß derDE 101 44 143 A1 . - Biegespeichen sind biegsam ausgebildete Elemente, welche durch einwirkende Kräfte zwar verformt, aber nicht über den reversiblen Verformungsbereich hinaus belastet werden dürfen. Außerdem sollte ihre Anbindung eine möglichst geringe Hysterese bewirken. Bei Torsionsmodulen, welche nicht im wesentlichen einstückig hergestellt sind, ist die Art der Anbindung der Biegespeichen an den Innen- und Außenring entscheidend für erstens den aufzuwendenden Montageaufwand und zweitens für die Genauigkeit und Charakteristik der Torsionsmessungen.
- Werden die Biegespeichen mit dem Innen- und Außenring verschweißt, so ergeben sich aufgrund der sprunghaften Querschnittsänderungen starke Dehnungen an den Anbindungsstellen der Biegespeichen. Bei der Anbindung der Biegespeichen ist es daher erwünscht den Kraftfluss in die Biegespeichen weicher zu gestalten, was bedeutet, insbesondere an den Übergangsstellen den Gradienten der mechanischen Spannung klein zu halten.
- Es stellte sich die Aufgabe, ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung zu schaffen, das auf besonders einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist und sich durch eine besonders geringe Hysterese auszeichnet und eine spannungsarme Anbindung der Biegespeichen ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innenring aus mehreren zusammengefügten Segmenten besteht, und dass jedes Segment eine Anschlagspeiche und einen damit verbundenen Verschraubungsabschnitt aufweist, mit welchem eine Biegespeiche reibschlüssig verbunden ist.
- Durch die reibschlüssige Anbindung der Biegespeichen an die Verschraubungsabschnitte durch Schrauben oder Nieten kann eine ungleichmäßige Verteilung mechanischer Spannungen vermieden werden. Vorteilhaft ist auch, dass die den Innenring ausbildenden Segmente kostengünstig als Gleichteile herstellbar sind.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen
-
1 ein Torsionsmodul, -
2 Einzelteile des Torsionsmoduls in einer Explosionsansicht, -
3 eine Ansicht des Torsionsmoduls unter Weglassung des Außenringtellers. - Die
1 zeigt ein fertig montiertes Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems in einem Kraftfahrzeug. - Das Torsionsmodul besteht aus einem Speichenrad
1 , welches einen Innenring2 und einen Außenring4 aufweist. Der Innenring2 und der Außenring4 sind durch Biegespeichen9 miteinander verbunden. Das Torsionsmodul weist, vorzugsweise an den Biegespeichen9 , in der Figur nicht dargestellte elektronische Sensoren auf, welche Verbiegungen der Biegspeichen9 quantitativ erfassen. - Der Innenring
2 ist hier mit einem Vielzahnzapfen6 verbunden, der mit der Vielzahnhülse eines nicht dargestellten Lenkrads verbindbar ist. Der Außenring4 ist auf entsprechende Weise, beispielsweise mittels einer Vielzahnhülse, mechanisch an die Lenkspindel des Kraftfahrzeugs ankoppelbar. - Der Innenring
2 bildet vier sich sternförmig nach außen erstreckende Anschlagspeichen3 aus. In Ausnehmungen18 der Anschlagspeichen3 greifen in radialer Richtung stiftförmige Anschlagelemente5 ein, welche mit dem Außenring4 fest verbunden sind. Die Ausnehmungen18 besitzen ein Übermaß gegenüber der Breite der Anschlagelemente5 , wodurch die Verdrehweite des Innenrings2 gegen den Außenring4 festgelegt und begrenzt ist. Hierdurch verhindert das Zusammenwirken der Anschlagspeichen3 und der Anschlagelemente5 eine mechanische Überlastung der Biegespeichen9 . - Der Aufbau des Torsionsmoduls aus mehreren Einzelteilen wird durch die Explosionsansicht der
2 verdeutlicht. Erkennbar sind vier Segmente7 , welche zusammengefügt den in der1 dargestellten Innenring2 sowie die damit verbundenen Anschlagspeichen3 und Biegespeichen9 ausbilden. Die Segmente7 bestehen jeweils aus einer Anschlagspeiche3 und einem damit einstückig ausgebildeten Verschraubungsabschnitt17 . An den Verschraubungsabschnitten17 ist jeweils mittels zweier Schrauben10 eine Biegespeiche9 angebracht. Durch diese Schraubverbindung ist die Biegespeiche9 auf einer relativen großen Fläche mit dem Verschraubungsabschnitt17 reibschlüssig verbunden, so dass eine relativ weiche und spannungsarme Verbindung zwischen Biegespeiche9 und Verschraubungsabschnitt17 hergestellt ist. Die Köpfe der Schrauben10 jedes Segments7 sind beim Anfügen in einer Versenkausnehmung15 eines benachbarten Segments versenkbar. Die Verschraubungsabschnitte17 mit den damit verbundenen Biegespeichen9 sind so lückenlos zu einer kreisförmigen Anordnung zusammenfügbar, welche den Innenring2 bildet. Alle vier Segmente7 sind identisch ausgebildet und daher kostengünstig als Gleichteile herstellbar. - Die Verschraubungsabschnitte
17 weisen außerdem Schrauböffnungen8 auf, welche sich senkrecht zur Ringebene des Torsionsmodul erstrecken. Durch diese Schrauböffnungen8 sind Schrauben11 hindurchgeführt, die außerdem unterhalb der Segmente7 einen scheibenförmigen Segmentträger12 und einen Außenringteller13 durchgreifen und oberhalb der Segmente7 in Gewindebohrungen19 einer Anschraubplatte14 eingeschraubt sind. Die Anschraubplatte14 ist, vorzugsweise einstückig, mit dem Vielzahnzapfen6 verbunden. - Der Randabschnitt des Außenringtellers
13 bildet den Außenring4 aus, der, wie in der1 ersichtlich, die freien Endabschnitte der Biegespeichen9 formschlüssig aufnimmt. Ein an der Unterseite des Außenringtellers13 angeformter Kragen16 dient zur Zentrierung des Segmentträgers12 und bewirkt damit zugleich die Zentrierung des Innenrings2 , der Biegespeichen9 und der Anschlagspeichen3 relativ zum Außenring4 . - Die
3 zeigt zur Verdeutlichung des Aufbau des Innenrings2 eine Ansicht des Torsionsmoduls unter Weglassung des Außenringtellers13 . Erkennbar sind vier zwischen dem Segmentträger12 und der Anschraubplatte14 miteinander verschraubte Segmente7 , die zusammen den Innenring2 und eine sternförmige Anordnung von sich radial vom Innenring2 nach außen erstreckenden Anschlagspeichen3 und Biegespeichen9 ausbildet. Die Verschraubung wird durch jeweils zwei Schrauben pro Segment7 hergestellt. - Die beschriebene Anordnung dient zur Erfassung eines Lenkmomentes und funktioniert dem Prinzip nach wie folgt. Wird das nicht dargestellte Lenkrad gedreht, so wird die Lenkradbewegung von dem mit dem Lenkrad verbundenen Außenring
4 über die Biegespeichen9 des Speichenrades1 und über eine nicht dargestellte Vielzahnhülse auf die Lenkspindel übertragen. Durch das auf den Außenring4 einwirkende Drehmoment wird dieser gegenüber den Innenring2 verdreht, wodurch die Biegespeichen9 eine Scherung erfahren. Der Betrag dieser Verformung ist ein Maß für das einwirkende Drehmoment und kann durch Messwertaufnehmer, ausgeführt beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen an den Biegespeichen9 , ermittelt werden. - Die Anschlagspeichen
3 haben die Funktion, eine Überlastung der Biegespeichen9 durch zu große Drehmomente zu verhindern. Ist die Scherung der Biegespeichen9 so groß, dass die Anschlagspeichen3 gegen die mit dem Außenring4 verbundenen Anschlagelemente5 laufen, so wird die Lenkbewegung über die Anschlagspeichen3 auf die Lenkspindel übertragen, ohne dass die Scherung der Biegespeichen9 weiter vergrößert wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Speichenrad
- 2
- Innenring
- 3
- Anschlagspeichen
- 4
- Außenring
- 5
- Anschlagelemente
- 6
- Vielzahnzapfen
- 7
- Segmente
- 8
- Schrauböffnungen
- 9
- Biegespeichen
- 10
- erste Schrauben
- 11
- zweite Schrauben
- 12
- Segmentträger
- 13
- Außenringteller
- 14
- Anschraubplatte (2. Segmentträger)
- 15
- Versenkausnehmung
- 16
- Kragen
- 17
- Verschraubungsabschnitte
- 18
- Ausnehmungen
- 19
- Gewindebohrungen
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10144143 A1 [0002, 0003, 0004]
- DE 10144054 A1 [0002, 0004]
Claims (6)
- Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad (
1 ) mit einem Innenring (2 ) und einem konzentrisch zu diesem angeordneten Außenring (4 ), wobei zwischen dem Innenring (2 ) und dem Außenring (4 ) Biegespeichen (9 ) angeordnet sind, die mit dem Innenring (2 ) und dem Außenring (4 ) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2 ) aus mehreren zusammengefügten Segmenten (7 ) besteht, und dass jedes Segment (7 ) eine Anschlagspeiche (3 ) und einen damit verbundenen Verschraubungsabschnitt (17 ) aufweist, mit welchem eine Biegespeiche (9 ) reibschlüssig verbunden ist. - Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Biegespeiche (
9 ) mit einem Verschraubungsabschnitt (17 ) durch Nieten oder Schrauben (10 ) verbunden ist. - Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die, Anschlagspeiche (
3 ) und der Verschraubungsabschnitt (17 ) einstückig miteinander ausgebildet sind. - Torsionsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Köpfe der Nieten oder Schrauben (
10 ) an der Biegespeiche (9 ) und/oder an einem benachbart montierten Verschraubungsabschnitt (17 ) versenkt sind. - Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (
7 ) zwischen einem scheibenförmigen Segmentträger (12 ) und einer scheibenförmigen Anschraubplatte (14 ) angeordnet sind. - Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Segmentträger (
12 ), ein Außenringteller (13 ), die Segmente (7 ) und die Anschraubplatte (14 ) durch Schrauben (11 ) miteinander verbunden sind.
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