DE102011104286A1

DE102011104286A1 - Torsionsmodul

Info

Publication number: DE102011104286A1
Application number: DE201110104286
Authority: DE
Inventors: Christian Ernst
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Beschrieben wird ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Verbindungselement, dass mit der Lenkrad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist und mit einem zweiten Verbindungselement, das mit der Lenkwelle des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, mit mindestens einem Torsionsstab, der mit dem ersten und dem zweiten Verbindungselement gekoppelt ist, und mit einer Messvorrichtung zur Erfassung der Torsion des Torsionsstabs, wobei eine Anordnung von mehreren zueinander parallelen Torsionsstäben vorgesehen ist, wobei die Torsionsstäbe parallel zur Drehachse der Lenkwelle angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Verbindungselement, dass mit der Lenkrad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist und mit einem zweiten Verbindungselement, das mit der Lenkwelle des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, mit mindestens einem Torsionsstab, der mit dem ersten und dem zweiten Verbindungselement gekoppelt ist, und mit einer Messvorrichtung zur Erfassung der Torsion des Torsionsstabs.
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 Lenkwelle und Lenkrad bei Anlegen eines Drehmoments gestattet.
Ein Torsionsmodul mit einem Torsionsstab ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 45 823 A1 bekannt. Der Torsionsstab verbindet hierbei die Wellenteile einer geteilten drehbaren Welle, die beispielsweise die Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs sein kann. Der einzige Torsionsstab ist dabei genau entlang der Drehachse der Wellenteile ausgerichtet. Mit den Wellenteilen sind Messkörper einer Drehstellungsmesseinrichung verbunden.
Typisch für derartige Vorrichtungen ist, dass der Torsionsstab einen geringeren Querschnitt als die Lenkwelle aufweist und daher mechanisch weniger belastbar ist. Dies ist nachteilig, wenn auf den Torsionsstab Biegekräfte einwirken. Diese können beispielsweise auftreten, wenn eine starke Belastung des Lenkrads in radialer Richtung oder eine starke außermittige Krafteinwirkung auf das Lenkrad etwa senkrecht zur Lenkradfläche erfolgt. Diese so genannten Missbrauchskräfte werden über die Lenkwelle auf den Torsionsstab übertragen und können eine Überlastung und Beschädigung des Torsionsstabs bewirken.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung zu schaffen, das besonders unempfindlich gegen die Einwirkung von Missbrauchskräften ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Anordnung von mehreren zueinander parallelen Torsionsstäben vorgesehen ist, wobei die Torsionsstäbe parallel zur Drehachse der Lenkwelle angeordnet sind.
Die parallele Anordnung von Torsionsstäben, die radial von der Drehachse der Lenkwelle beabstandet sind, bildet insgesamt ein Querschnittsprofil, das sowohl biegesteif als auch torsionsweich ist.
Das hohe Flächenträgheitsmoment, das für eine hohe Biegesteifigkeit sorgt, wird durch die außermittige Anordnung der Querschnittsflächen der einzelnen Torsionsstäbe realisiert und basiert auf deren Steiner-Anteil. Da bei einem einwirkenden Missbrauchsmoment dessen Biegeachse etwa senkrecht zur Drehachse der Lenkwelle ausgerichtet ist, liegt bei mindestens drei parallel angeordneten Torsionsstäben wenigstens eine deren Querschnittsflächen von der Biegeachse beabstandet.
Das im Vergleich dazu niedrige Torsionsträgheitsmoment, das für eine relativ gute Verdrillfähigkeit sorgt, basiert auf den kleinen Durchmessern der einzelnen Torsionsstäbe und damit auf der insgesamt kleinen Querschnittsfläche, die das Querschnittsprofil der Torsionsstäbe bildet.
Besonders vorteilhaft ist es, drei oder mehr Torsionsstäbe vorzusehen, die vorzugsweise in gleichem radialen Abstand zur Drehachse der Lenkwelle angeordnet sind und zudem vorzugsweise gleiche Winkelabstände zueinander aufweisen.
Mit zunehmender Anzahl der vorgesehenen Torsionsstäbe kann der Querschnitt der einzelnen Torsionsstäbe selbstverständlich entsprechend geringer ausgeführt werden.
Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Torsionsmoduls anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine erste Ansicht eines Torsionsmoduls,
2 eine zweite Ansicht des Torsionsmoduls,
3 eine Längsschnittsansicht des Torsionsmoduls, und
4 eine Querschnittsansicht des Torsionsmoduls.
Die 1 und 2 zeigen ein montiertes Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems in einem Kraftfahrzeug aus zwei unterschiedlichen Ansichtsrichtungen.
Das Torsionsmodul besteht aus zwei Anschlussflanschen 2, 3, die über mehrere Torsionsstäbe miteinander verbunden sind. Der in der 1 erkennbare erste Anschlussflansch 2 weist ein über mehrere Schrauben 10 angebundenes erstes Verbindungselement 7 auf, an welches ein hier nicht dargestelltes Lenkrad angefügt werden kann.
Die 2 zeigt eine Rückansicht des ersten Anschlussflansches 2 mit einem angefügten zweiten Anschlussflansch 3. Der zweite Anschlussflansch 3 weist ebenfalls ein mittels mehrerer Schrauben 11 angebundenes Verbindungselement 8 auf. Dieses zweite Verbindungselement 8 dient zur Anbindung einer Lenkwelle 1 an das Torsionsmodul. Ein in der 2 dargestellter Abschnitt der Lenkwelle 1 ist mittels einer Zentralschraube 12 mit dem Verbindungselement 8 verbunden.
Der zweite Anschlussflansch 3 weist mehrere Sicherungsarme 4 auf, deren Endabschnitte 13 in Form von Kreisbogensegmenten ausgebildet sind. Die Endabschnitte 13 der Sicherungsarme 4 greifen in entsprechend geformte Ausnehmungen 5 des ersten Anschlussflansches 2 ein, was besonders deutlich in der 1 ersichtlich ist. Die Ausnehmungen 5 weisen in ihrer Umfangsrichtung jeweils ein leichtes Übermaß gegenüber den Endabschnitten 13 der Sicherungsarme 4 auf, so dass die beiden Anschlussflansche 2, 3 gegeneinander verdrehbar sind bis Endabschnitte der Sicherungsarme 4 auf Randabschnitte der Ausnehmungen 5 treffen. Hierdurch wird die Verdrehbarkeit der Anschlussflansche 2, 3 gegeneinander begrenzt. Eine Verdrehung des zweiten Anschussflansches 3 gegen den ersten Anschlussflansch 2 wird durch wenigstens eine Messvorrichtung 9 erfasst, die auf der inneren Randfläche des ersten Anschussflansches 2 befestigt ist.
Die 3 zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse des Torsionsmoduls. In dieser Figur sind zylinderförmige Torsionsstäbe 6 erkennbar, welche parallel zur Längsachse des Torsionsmoduls ausgerichtet sind und die mit ihren Endbereichen 14, 15 jeweils in den Verbindungselementen 7, 8 des ersten und des zweiten Anschlussflansches 2, 3 gelagert sind.
Die rotationssymmetrische Anordnung der Torsionsstäbe 6 um die Längsachse des Torsionsmoduls, welche zugleich die Drehachse 16 des Lenkrads und der Lenkwelle 1 ausbildet, geht aus der 4 hervor, welche einen Querschnitt durch die 3 darstellt.
Die Anzahl der Torsionsstäbe 6, hier beispielhaft acht, sollte mindestens drei betragen, damit das Querschnittsprofil ein vom aktuellen Lenkwinkel möglichst unabhängiges, relativ konstantes Flächenträgheitsmoment aufweist. Je größer die Anzahl der Torsionsstäbe 6, desto größer und unabhängiger ist das Flächenträgheitsmoment vom Lenkwinkel.
Bezugszeichenliste

1: Lenkwelle
2: erster Anschlussflansch
3: zweiter Anschlussflansch
4: Sicherungsarm
5: Ausnehmungen
6: Torsionsstab
7: erstes Verbindungselement
8: zweites Verbindungselement
9: Messvorrichtung
10: Schrauben
11: Schrauben
12: Zentralschraube
13: Endabschnitte
14: Endbereiche
15: Endbereiche
16: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19745823 A1 [0003]

Claims

Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Verbindungselement (7), dass mit der Lenkrad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist und mit einem zweiten Verbindungselement (8), das mit der Lenkwelle (1) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, mit mindestens einem Torsionsstab (6), der mit dem ersten und dem zweiten Verbindungselement (7, 8) gekoppelt ist, und mit einer Messvorrichtung (9) zur Erfassung der Torsion des Torsionsstabs (8), dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung von mehreren zueinander parallelen Torsionsstäben (6) vorgesehen ist, wobei die Torsionsstäbe (6) parallel zur Drehachse (16) der Lenkwelle (1) angeordnet sind.
Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung aus wenigstens drei Torsionsstäben (6) besteht.
Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstäbe (6) in gleichem radialen Abstand zur Drehachse (16) der Lenkwelle (1) angeordnet sind.
Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstäbe (6) zueinander in gleichen Winkelabständen angeordnet sind.