DE102011016627B4 - Measuring device and motor vehicle steering with such - Google Patents
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- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
Abstract
Messeinrichtung (1), umfassend:
- eine Gebereinrichtung (10) zur Anordnung an relativ zueinander verdrehbaren Bauteilabschnitten,
- ein Gehäuse (40) mit einem Lagerabschnitt (41), der die Gebereinrichtung (10) um eine Drehachse (A) drehbar lagert, und
- eine Sensoreinheit (50), die an dem Gehäuse (40) angeordnet ist und ein von der Drehstellung der Gebereinrichtung (10) abhängiges Signal erzeugt,
- wobei an dem Gehäuse (40) oder der Sensoreinheit (50) stirnseitig als Eingriffseinrichtung (60) ein parallel zur Drehachse (A) der Messeinrichtung verlaufender Stift (61) zur formschlüssigen Kopplung mit einer zu den genannten Bauteilabschnitten stationären Struktur vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Stift (61) in Umfangsrichtung um die Drehachse (A) federelastisch zusammendrückbar ist.
Measuring device (1), comprising:
- a transmitter device (10) for arrangement on component sections that can be rotated relative to one another,
- A housing (40) with a bearing section (41) which supports the transmitter device (10) rotatably about an axis of rotation (A), and
- A sensor unit (50) which is arranged on the housing (40) and generates a signal that is dependent on the rotary position of the transmitter device (10),
- A pin (61) running parallel to the axis of rotation (A) of the measuring device for positive coupling with a structure stationary to the component sections mentioned is provided on the end face of the housing (40) or the sensor unit (50) as an engagement device (60), characterized in that , that
- The pin (61) is resiliently compressible in the circumferential direction about the axis of rotation (A).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messeinrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Kraftfahrzeuglenkung mit einer solchen Messeinrichtung.The invention relates to a measuring device according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a motor vehicle steering system with such a measuring device.
Eine derartige Messeinrichtung, mit der beispielsweise ein an einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs anliegendes Drehmoment gemessen werden kann, ist aus
Solange an einer Lenkung ein Lenkwinkelsensor am Lenkrad vorhanden ist, ist die Genauigkeit der von der so abgestützten Messeinrichtung zur Verfügung gestellten Signale ausreichend. Soll der Lenkwinkelsensor am Lenkrad jedoch entfallen, werden an die getriebeseitige Messeinrichtung höhere Genauigkeitsanforderungen gestellt. Das einer solchen Messeinrichtung zugrundeliegende Messprinzip ist beispielsweise aus
Die gattungsbildende
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Messgenauigkeit weiter zu verbessern, und diese in eine Kraftfahrzeuglenkung mit einer solchen Messeinrichtung zu implementieren.The invention is therefore based on the object of further improving a measuring device of the type mentioned at the beginning with regard to the measuring accuracy, and of implementing this in a motor vehicle steering system with such a measuring device.
Diese Aufgabe wird durch eine Messeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Kraftfahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a measuring device according to claim 1 and by a motor vehicle steering system according to claim 5. Advantageous further developments result from the subclaims.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst eine Gebereinrichtung zur Anordnung an relativ zueinander verdrehbaren Bauteilabschnitten, ein Gehäuse mit einem Lagerabschnitt, der die Gebereinrichtung um eine Drehachse drehbar lagert, und eine Sensoreinheit, die an dem Gehäuse angeordnet ist und ein von der Drehstellung der Gebereinrichtung abhängiges Signal erzeugt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass an dem Gehäuse oder der Sensoreinheit eine Eingriffseinrichtung zur formschlüssigen Kopplung mit einer zu den genannten Bauteilabschnitten stationären Struktur vorgesehen ist. Als Eingriffseinrichtung ist an dem Gehäuse ein Stift vorgesehen sein, der parallel zur Drehachse verläuft und in Umfangsrichtung um die Drehachse der Messeinrichtung federelastisch zusammendrückbar ist.The measuring device according to the invention comprises a transmitter device for arrangement on component sections that can be rotated relative to one another, a housing with a bearing section that rotates the transmitter device about an axis of rotation, and a sensor unit that is arranged on the housing and generates a signal that is dependent on the rotary position of the transmitter device. It is characterized in that an engagement device is provided on the housing or the sensor unit for positive coupling with a structure that is stationary with respect to the component sections mentioned. As an engagement device, a pin is provided on the housing, which runs parallel to the axis of rotation and is resiliently compressible in the circumferential direction around the axis of rotation of the measuring device.
Ein solcher Stift, der entweder an dem Gehäuse ausgebildet oder aber an diesem befestigt ist, gestattet auf einfache Art und Weise eine definierte Positionierung des Gehäuses der Messeinrichtung an der stationären Struktur. Zudem ist eine solche Anordnung in Bezug auf die Montage der Messeinrichtung von Vorteil. Ein solcher Stift kann dazu verwendet werden, eine Positionierung in Drehrichtung um die Drehachse der Messeinrichtung und/oder eine Positionierung in Radialrichtung der Messeinrichtung vorzunehmen.Such a pin, which is either formed on the housing or is fastened to it, allows a defined positioning of the housing of the measuring device on the stationary structure in a simple manner. In addition, such an arrangement is advantageous with regard to the assembly of the measuring device. Such a pin can be used for positioning in the direction of rotation around the axis of rotation of the measuring device and / or for positioning in the radial direction of the measuring device.
Bei der Montage der Messeinrichtung an der stationären Struktur, beispielsweise einem Lenkgetriebegehäuse, lässt sich der Stift etwas zusammendrücken und in einer korrespondierenden Öffnung leicht verspannt aufnehmen. Dies führt zu einer Verbesserung der Positioniergenauigkeit, da die formschlüssige Eingriffseinrichtung eine spielfreie Verdrehsicherung ermöglicht. Durch die Abstützung des Gehäuses der Messeinrichtung an der stationären Struktur ergeben sich erheblich verringerte Lagetoleranzen, die sich positiv auf die Messgenauigkeit auswirken.When the measuring device is mounted on the stationary structure, for example a steering gear housing, the pin can be compressed a little and received in a corresponding opening with a slight tension. This leads to an improvement in the positioning accuracy, since the form-fitting engagement device enables backlash-free anti-rotation protection. The support of the housing of the measuring device on the stationary structure results in considerably reduced positional tolerances, which have a positive effect on the measuring accuracy.
Durch eine solche Anordnung der Eingriffseinrichtung werden zu hohe Bauteilverspannungen im Gehäuse vermieden, welche unter Umständen zu einem frühzeitigen Bruch führen und die Lagerung der Gebereinrichtung sowie die Sensoreinheit beeinträchtigen könnten.Such an arrangement of the engagement device avoids excessive component stresses in the housing, which under certain circumstances lead to premature breakage and could impair the mounting of the transmitter device and the sensor unit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.Further advantageous refinements of the invention are specified in the patent claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Stift einen oder mehrere Schlitze aufweist, so dass mindestens zwei in Umfangsrichtung zueinander federelastische Teilabschnitte gebildet sind. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise die vorgenannte Elastizität zum Verklemmen in einer korrespondierenden Öffnung bereitgestellt. Gegebenenfalls können an dem Stift auch Federelemente angebracht sein. In einer Ausführungsvariante verläuft der Schlitz bezüglich der Drehachse radial durch den Stift, wodurch zwei in Umfangsrichtung zueinander federelastische Hälften gebildet sind. Die Federelastizität gestattet insbesondere eine gute Positionierung in Drehrichtung, welche für die Erfassung der Relativstellung der Gebereinrichtung vorrangig von Bedeutung ist. Darüber hinaus wird durch den Schlitz die Möglichkeit zur Kompensation axialer Verlagerungen und Winkelfehler der drehbaren Bauteilabschnitte relativ zu der stationären Struktur sowie von Fertigungstoleranzen der Komponenten der Messeinrichtung weiter verbessert. Ferner wird durch die Federelastizität des Stifts die Kippnachgiebigkeit verbessert, so dass etwaige Verspannungen zwischen dem Gehäuse und der Sensoreinheit einerseits und der Gebereinrichtung andererseits vermieden werden.According to an advantageous embodiment, the pin has one or more slots so that at least two spring-elastic subsections are formed relative to one another in the circumferential direction. As a result, the aforementioned elasticity for clamping in a corresponding opening is provided in a simple manner. If necessary, spring elements can also be attached to the pin. In one embodiment variant, the slot runs radially through the pin with respect to the axis of rotation, as a result of which two halves that are resilient to one another in the circumferential direction are formed. the Spring elasticity allows, in particular, good positioning in the direction of rotation, which is primarily important for detecting the relative position of the transmitter device. In addition, the slot further improves the possibility of compensating for axial displacements and angular errors of the rotatable component sections relative to the stationary structure and for manufacturing tolerances of the components of the measuring device. Furthermore, the resilience of the pin is improved by the spring elasticity, so that any tension between the housing and the sensor unit on the one hand and the transmitter device on the other hand is avoided.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lagerabschnitt ringförmig und weist eine konstante Wanddicke auf. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Gehäuse, welche für eine hohe Messgenauigkeit von Vorteil ist.In a further advantageous embodiment, the bearing section is ring-shaped and has a constant wall thickness. This results in a uniform distribution of stress in the housing, which is advantageous for high measurement accuracy.
Weiterhin kann an dem Gehäuse eine radial abstehende Lasche vorgesehen werden, an der die Eingriffseinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist. Die Lasche bildet eine Druckfläche, über die die Eingriffseinrichtung bzw. der Stift und letztlich auch die Messeinrichtung gegen die stationäre Struktur gedrückt werden können. Insbesondere kann hierdurch gewährleistet werden, dass die Eingriffseinrichtung der Messeinrichtung korrekt ausgerichtet mit einer an der stationären Struktur vorgesehenen Eingriffseinrichtung in Eingriff gelangt.Furthermore, a radially protruding tab on which the engagement device is arranged or formed can be provided on the housing. The tab forms a pressure surface via which the engagement device or the pin and ultimately also the measuring device can be pressed against the stationary structure. In particular, it can thereby be ensured that the engagement device of the measuring device, correctly aligned, comes into engagement with an engagement device provided on the stationary structure.
Die vorstehend erläuterte Messeinrichtung eignet sich zum Erfassen von Relativdrehwinkeln zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilabschnitten, welche ihrerseits gegenüber einer stationären Struktur verdrehbar sind. Ist die Torsionselastizität zwischen den zueinander verdrehbaren Bauteilabschnitten bekannt, kann hieraus eine das anliegende Drehmoment kennzeichnende Größe gewonnen werden. Beispielsweise kommt die erfindungsgemäße Messeinrichtung an einer Fahrzeuglenkung zum Einsatz, um das an einer Lenkwelle anliegende Drehmoment zu messen. In diesem Fall sind die relativ zueinander verdrehbaren Bauteilabschnitte torsionselastisch miteinander verbundene Abschnitte einer Lenkwelle, welche eine Lenkungshandhabe mit einem Lenkgetriebe verbindet.The measuring device explained above is suitable for detecting relative angles of rotation between two component sections which can be rotated relative to one another and which in turn can be rotated with respect to a stationary structure. If the torsional elasticity between the component sections that can be rotated with respect to one another is known, a variable which characterizes the applied torque can be obtained from this. For example, the measuring device according to the invention is used on a vehicle steering system in order to measure the torque applied to a steering shaft. In this case, the component sections that can be rotated relative to one another are torsionally elastically interconnected sections of a steering shaft which connects a steering handle to a steering gear.
Das Gehäuse oder die Sensoreinheit der Messeinrichtung ist an dem Lenkgetriebegehäuse festgelegt. Dabei ist das Gehäuse bzw. die Sensoreinheit am Lenkgetriebegehäuse mittels der Eingriffseinrichtung der Messeinrichtung und einer korrespondierenden Eingriffseinrichtung am Lenkgetriebegehäuse positioniert. Diese Anordnung ist in Bezug auf die Insassensicherheit von Vorteil, da die Unterbringung der Messeinrichtung und entsprechend zugehöriger Gehäusestrukturen vom Fahrer verhältnismäßig weit entfernt ist. Zudem kann die Montage zumindest der Messeinrichtung in die Montage eines Lenkgetriebes integriert werden, welches seinerseits als Baueinheit am Fahrzeug montiert wird.The housing or the sensor unit of the measuring device is fixed on the steering gear housing. The housing or the sensor unit is positioned on the steering gear housing by means of the engagement device of the measuring device and a corresponding engagement device on the steering gear housing. This arrangement is advantageous in terms of occupant safety, since the accommodation of the measuring device and correspondingly associated housing structures is relatively far away from the driver. In addition, the assembly of at least the measuring device can be integrated into the assembly of a steering gear, which in turn is mounted as a structural unit on the vehicle.
Dabei ist das Gehäuse bzw. die Sensoreinheit am Lenkgetriebegehäuse mittels der Eingriffseinrichtung der Messeinrichtung und einer korrespondierenden Eingriffseinrichtung am Lenkgetriebegehäuse positioniert. Die Eingriffseinrichtung am Lenkgetriebegehäuse ist eine in Radialrichtung verlaufende Langlochnut. Eine solche Nut lässt sich ohne großen Mehraufwand an einem Lenkgetriebegehäuse, d.h. dem eigentlichen Gehäusekörper oder einem an diesem befestigten Deckel, bereitstellen. Die Anordnung der Nut gewährleistet eine für die Messgenauigkeit relevante exakte Positionierung der Messeinrichtung in Drehrichtung um die Drehachse derselben, während gleichzeitig kleinere radiale Toleranzen ausgeglichen werden können. Ferner gestattet die Langlochnut in einem beschränkten Umfang die Kompensation axialer Verlagerungen und Winkelfehler der drehbaren Bauteilabschnitte relativ zu der stationären Struktur, beispielsweise einer Ausgangswelle einer Lenkung relativ zu einem Lenkgetriebegehäuse, sowie von Fertigungstoleranzen der Komponenten der Messeinrichtung.The housing or the sensor unit is positioned on the steering gear housing by means of the engagement device of the measuring device and a corresponding engagement device on the steering gear housing. The engagement device on the steering gear housing is an elongated hole groove running in the radial direction. Such a groove can be provided on a steering gear housing, i.e. the actual housing body or a cover attached to it, without great additional effort. The arrangement of the groove ensures exact positioning of the measuring device in the direction of rotation around its axis of rotation, which is relevant for the measuring accuracy, while at the same time smaller radial tolerances can be compensated for. Furthermore, the slot groove allows to a limited extent the compensation of axial displacements and angular errors of the rotatable component sections relative to the stationary structure, for example an output shaft of a steering relative to a steering gear housing, as well as manufacturing tolerances of the components of the measuring device.
Es ist grundsätzlich möglich, die Messeinrichtung an beliebiger Stelle der Lenkwelle einzusetzen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Gebereinrichtung eine erste Komponente an einer zur Lenkungshandhabe führenden Eingangswelle und eine zweite Komponente an einer sich in ein Lenkgetriebegehäuse erstreckenden Ausgangswelle auf, wobei beide Komponenten an der jeweiligen Welle jeweils drehfest vorgesehen sind.It is basically possible to use the measuring device at any point on the steering shaft. According to an advantageous embodiment of the invention, the transmitter device has a first component on an input shaft leading to the steering handle and a second component on an output shaft extending into a steering gear housing, both components being non-rotatably provided on the respective shaft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet das Lenkgetriebegehäuse eine topfartige Aufnahme mit einem Bodenabschnitt und einem umlaufenden Ringabschnitt aus, in der die Messeinrichtung aufgenommen ist. Dabei weist der Bodenabschnitt eine Durchgangsöffnung auf, durch welche ein Kabel hindurchgeführt ist, das seinerseits an die Sensoreinheit der Messeinrichtung angeschlossen ist. Hierdurch kann das Sensorkabel von unten gesteckt werden und muss nicht mehr, wie bisher radial außenseitig an den Ringabschnitt angeschlossen werden. Dadurch ergibt sich eine kompaktere Bauweise des Lenkgetriebes im Bereich der Aufnahme für die Messeinrichtung. Insbesondere kann durch den anderen Verlauf der Kabelführung sowie durch die stirnseitige Anordnung der Eingriffseinrichtung der Spalt zwischen dem Ringabschnitt der Aufnahme und dem Außenumfang der Messeinrichtung reduziert werden.According to an advantageous embodiment, the steering gear housing forms a pot-like receptacle with a base section and a circumferential ring section in which the measuring device is received. The bottom section has a through opening through which a cable is passed, which in turn is connected to the sensor unit of the measuring device. As a result, the sensor cable can be plugged in from below and no longer has to be connected to the ring section radially on the outside, as was previously the case. This results in a more compact design of the steering gear in the area of the receptacle for the measuring device. In particular, the gap between the ring section of the receptacle and the outer circumference of the measuring device can be reduced by the different course of the cable routing and by the frontal arrangement of the engagement device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine räumliche Ansicht einer Messeinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 eine erste Seitenansicht der Messeinrichtung, -
3 eine zweite Seitenansicht der Messeinrichtung, -
4 eine Ansicht eines Gehäuses der Messeinrichtung in Richtung der Drehachse der Messeinrichtung, -
5 eine Seitenansicht des Gehäuses der Messeinrichtung, -
6 eine räumliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels für ein Kraftfahrzeuglenkgetriebe, -
7 eine Teilschnittansicht des Lenkgetriebes, -
8 eine Detailansicht der Aufnahme für die Messeinrichtung am Lenkgetriebe.
-
1 a three-dimensional view of a measuring device according to an embodiment of the invention, -
2 a first side view of the measuring device, -
3 a second side view of the measuring device, -
4th a view of a housing of the measuring device in the direction of the axis of rotation of the measuring device, -
5 a side view of the housing of the measuring device, -
6th a three-dimensional view of an exemplary embodiment for a motor vehicle steering gear, -
7th a partial sectional view of the steering gear, -
8th a detailed view of the receptacle for the measuring device on the steering gear.
Das erste Ausführungsbeispiel in den
Erfindungsgemäß wird die Messgenauigkeit einer solchen Messeinrichtung durch die Neugestaltung der Schnittstelle zwischen der Messeinrichtung und der stationären Struktur weiter erhöht. Hierzu sind an den mechanischen Komponenten der Messeinrichtung die nachfolgend näher erläuterten Maßnahmen getroffen.According to the invention, the measuring accuracy of such a measuring device is further increased by the redesign of the interface between the measuring device and the stationary structure. For this purpose, the measures explained in more detail below have been taken on the mechanical components of the measuring device.
Die Messeinrichtung
Die erste Komponente
Die zweite Komponente
Die zweite Komponente
Weiterhin ist die zweite Komponente
Wie in den
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht von dem Lagerabschnitt
Die Schürze
Am Gehäuse
Als Eingriffseinrichtung
Zur spielfreien Festlegung in einer korrespondierenden Eingriffseinrichtung an der stationären Struktur ist die Eingriffseinrichtung
In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels sind am Gehäuse
Wie insbesondere in den
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht von dem Gehäuse
Zwischen der Lasche
In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann die Eingriffseinrichtung
Die vorstehend erläuterte Messeinrichtung
Die erste Komponente
Die Messeinrichtung
Zur Positionierung der Messeinrichtung am Lenkgetriebegehäuse
Vorzugsweise ist die Eingriffseinrichtung
Eine Langlochnut
Prinzipiell kann zur Positionierung einer Messeinrichtung
Die vorstehend erläuterte Konfiguration besitzt den Vorteil geringer Toleranzen, wodurch die gewünschte Position der Messeinrichtung
Durch eine räumliche Trennung zwischen dem Lagerabschnitt
Ferner ermöglicht die Elastizität der Eingriffseinrichtung
Dies wird durch die Ausgestaltung der korrespondierenden Eingriffseinrichtung
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention has been explained in more detail above on the basis of exemplary embodiments and further modifications. However, it is not restricted to this, but rather encompasses all of the configurations defined by the patent claims.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- MesseinrichtungMeasuring device
- 1010
- GebereinrichtungDonor device
- 2020th
- erste Komponente der Gebereinrichtungfirst component of the encoder device
- 2121
- HülseSleeve
- 2222nd
- Magnetmagnet
- 3030th
- zweite Komponente der Gebereinrichtungsecond component of the encoder device
- 4040
- Gehäusecasing
- 4141
- LagerabschnittWarehouse section
- 4242
- InnenringInner ring
- 4343
- AußenringOuter ring
- 4444
- Stegweb
- 4545
- ZapfenCones
- 4646
- Schürzeapron
- 4747
- LascheTab
- 4848
- Ripperib
- 5050
- SensoreinheitSensor unit
- 5151
- Kabelcable
- 5252
- HallsensorHall sensor
- 6060
- EingriffseinrichtungEngagement device
- 6161
- StiftPen
- 6262
- Schlitzslot
- 6363
- freies Endefree end
- 7070
- LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
- 7171
- topfförmige Aufnahmecup-shaped receptacle
- 7272
- BodenabschnittFloor section
- 7373
- RingabschnittRing section
- 7474
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 7575
- EingriffseinrichtungEngagement device
- 7676
- LanglochLong hole
- 7777
- Deckellid
- 8080
- AusgangswelleOutput shaft
- 9090
- TorsionsstabTorsion bar
- 100100
- EingangswelleInput shaft
- AA.
- DrehachseAxis of rotation
Claims (7)
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