DE102010048020A1

DE102010048020A1 - Torsionsmodul

Info

Publication number: DE102010048020A1
Application number: DE102010048020A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Schlanzke; Daniel Kebekus
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-09
Filing date: 2010-10-09
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-10-10
Also published as: DE102010048020B4

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 und DE 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 der DE 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 Innenring 2 und einen Außenring 4 aufweist. Der Innenring 2 und der Außenring 4 sind durch Biegespeichen 9 miteinander verbunden. Das Torsionsmodul weist, vorzugsweise an den Biegespeichen 9, in der Figur nicht dargestellte elektronische Sensoren auf, welche Verbiegungen der Biegspeichen 9 quantitativ erfassen.
Der Innenring 2 ist hier mit einem Vielzahnzapfen 6 verbunden, der mit der Vielzahnhülse eines nicht dargestellten Lenkrads verbindbar ist. Der Außenring 4 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 Anschlagspeichen 3 aus. In Ausnehmungen 18 der Anschlagspeichen 3 greifen in radialer Richtung stiftförmige Anschlagelemente 5 ein, welche mit dem Außenring 4 fest verbunden sind. Die Ausnehmungen 18 besitzen ein Übermaß gegenüber der Breite der Anschlagelemente 5, wodurch die Verdrehweite des Innenrings 2 gegen den Außenring 4 festgelegt und begrenzt ist. Hierdurch verhindert das Zusammenwirken der Anschlagspeichen 3 und der Anschlagelemente 5 eine mechanische Überlastung der Biegespeichen 9.
Der Aufbau des Torsionsmoduls aus mehreren Einzelteilen wird durch die Explosionsansicht der 2 verdeutlicht. Erkennbar sind vier Segmente 7, welche zusammengefügt den in der 1 dargestellten Innenring 2 sowie die damit verbundenen Anschlagspeichen 3 und Biegespeichen 9 ausbilden. Die Segmente 7 bestehen jeweils aus einer Anschlagspeiche 3 und einem damit einstückig ausgebildeten Verschraubungsabschnitt 17. An den Verschraubungsabschnitten 17 ist jeweils mittels zweier Schrauben 10 eine Biegespeiche 9 angebracht. Durch diese Schraubverbindung ist die Biegespeiche 9 auf einer relativen großen Fläche mit dem Verschraubungsabschnitt 17 reibschlüssig verbunden, so dass eine relativ weiche und spannungsarme Verbindung zwischen Biegespeiche 9 und Verschraubungsabschnitt 17 hergestellt ist. Die Köpfe der Schrauben 10 jedes Segments 7 sind beim Anfügen in einer Versenkausnehmung 15 eines benachbarten Segments versenkbar. Die Verschraubungsabschnitte 17 mit den damit verbundenen Biegespeichen 9 sind so lückenlos zu einer kreisförmigen Anordnung zusammenfügbar, welche den Innenring 2 bildet. Alle vier Segmente 7 sind identisch ausgebildet und daher kostengünstig als Gleichteile herstellbar.
Die Verschraubungsabschnitte 17 weisen außerdem Schrauböffnungen 8 auf, welche sich senkrecht zur Ringebene des Torsionsmodul erstrecken. Durch diese Schrauböffnungen 8 sind Schrauben 11 hindurchgeführt, die außerdem unterhalb der Segmente 7 einen scheibenförmigen Segmentträger 12 und einen Außenringteller 13 durchgreifen und oberhalb der Segmente 7 in Gewindebohrungen 19 einer Anschraubplatte 14 eingeschraubt sind. Die Anschraubplatte 14 ist, vorzugsweise einstückig, mit dem Vielzahnzapfen 6 verbunden.
Der Randabschnitt des Außenringtellers 13 bildet den Außenring 4 aus, der, wie in der 1 ersichtlich, die freien Endabschnitte der Biegespeichen 9 formschlüssig aufnimmt. Ein an der Unterseite des Außenringtellers 13 angeformter Kragen 16 dient zur Zentrierung des Segmentträgers 12 und bewirkt damit zugleich die Zentrierung des Innenrings 2, der Biegespeichen 9 und der Anschlagspeichen 3 relativ zum Außenring 4.
Die 3 zeigt zur Verdeutlichung des Aufbau des Innenrings 2 eine Ansicht des Torsionsmoduls unter Weglassung des Außenringtellers 13. Erkennbar sind vier zwischen dem Segmentträger 12 und der Anschraubplatte 14 miteinander verschraubte Segmente 7, die zusammen den Innenring 2 und eine sternförmige Anordnung von sich radial vom Innenring 2 nach außen erstreckenden Anschlagspeichen 3 und Biegespeichen 9 ausbildet. Die Verschraubung wird durch jeweils zwei Schrauben pro Segment 7 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 Biegespeichen 9 des Speichenrades 1 und über eine nicht dargestellte Vielzahnhülse auf die Lenkspindel übertragen. Durch das auf den Außenring 4 einwirkende Drehmoment wird dieser gegenüber den Innenring 2 verdreht, wodurch die Biegespeichen 9 eine Scherung erfahren. Der Betrag dieser Verformung ist ein Maß für das einwirkende Drehmoment und kann durch Messwertaufnehmer, ausgeführt beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen an den Biegespeichen 9, ermittelt werden.
Die Anschlagspeichen 3 haben die Funktion, eine Überlastung der Biegespeichen 9 durch zu große Drehmomente zu verhindern. Ist die Scherung der Biegespeichen 9 so groß, dass die Anschlagspeichen 3 gegen die mit dem Außenring 4 verbundenen Anschlagelemente 5 laufen, so wird die Lenkbewegung über die Anschlagspeichen 3 auf die Lenkspindel übertragen, ohne dass die Scherung der Biegespeichen 9 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

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.