DE102012103052A1

DE102012103052A1 - Lenksystem mit einem lenkgehäuse und einer drehmomentsensoreinheit

Info

Publication number: DE102012103052A1
Application number: DE201210103052
Authority: DE
Inventors: Daniel Pflieger; Bernd Hauser
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: DE102012103052B4

Abstract

Ein Lenksystem mit einem Lenkgehäuse weist einen Gehäusetopf auf, der mit dem Lenkgehäuse verbunden ist und eine Drehmomentsensoreinheit aufnimmt, wobei der Gehäusetopf als separates Bauteil ausgebildet und von einem Deckel verschließbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem mit einem Lenkgehäuse und einer Drehmomentsensoreinheit.
In der DE 10 2007 032 907 A1 wird eine Lenkwelle als Teil eines Lenksystems für ein Fahrzeug beschrieben. Auf der Lenkwelle ist eine Drehmomentsensoreinrichtung angeordnet, die ein zylindrisches Sensorgehäuse aufweist, welches zur verdrehsicheren Befestigung auf einen Verzahnabschnitt der Lenkwelle aufgeschoben ist. In dem Sensorgehäuse ist das Sensorelement aufgenommen, über das das Lenkmoment messbar ist, welches vom Fahrer über das Lenkrad vorgegeben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen eine sichere Verbindung zwischen einer Lenkwelle eines Lenksystems und einer Drehmomentsensoreinheit bei reduziertem Gewicht zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das in Fahrzeugen eingesetzte Lenksystem weist ein Lenkgehäuse auf, in welchem die Lenkwelle, über die der Fahrer den gewünschten Lenkwinkel vorgibt, kinematisch mit dem Lenkgestänge verbunden ist, über das der Lenkwinkel in einen Radlenkwinkel der lenkbaren Räder umgesetzt wird. Des Weiteren ist das Lenksystem mit einer Drehmomentsensoreinheit ausgestattet, mit der das Lenkmoment ermittelt wird, welches der Fahrer bei Betätigung des Lenkrades vorgibt. Das Lenksystem kann des Weiteren mit einer Lenkunterstützungseinrichtung, beispielsweise einem elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines unterstützenden Servomoments ausgestattet sein. Die Höhe des Servomoments bestimmt sich u.a. nach dem vom Fahrer vorgegebenen und in der Drehmomentsensoreinrichtung ermittelten Lenkmoment.
Die Drehmomentsensoreinheit ist in einem Gehäusetopf aufgenommen, der mit dem Lenkgehäuse verbunden ist. Gehäusetopf und Lenkgehäuse sind als separate Bauteile ausgebildet. Der Gehäusetopf befindet sich zweckmäßigerweise im Bereich der in das Lenkgehäuse eingeführten Lenkwelle. Der Gehäusetopf weist eine Ausnehmung auf, durch die ein Abschnitt der Lenkwelle hindurchgeführt ist, so dass die Wandungen des vorteilhafterweise zylindrischen Gehäusetopfes diesen Lenkwellenabschnitt umgreifen.
Dem Gehäusetopf ist ein Deckel zugeordnet, welcher ebenfalls eine Ausnehmung für einen Lenkwellenabschnitt aufweist. Nach dem Einsetzen der Drehmomentsensoreinheit in den Gehäusetopf kann dieser von dem Deckel verschlossen werden, so dass der Drehmomentsensor vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Verschmutzung und Nässe geschützt ist.
Da der Gehäusetopf separat von dem Lenkgehäuse ausgebildet ist, kann das Lenkgehäuse einfacher hergestellt werden und weist außerdem ein geringeres Gewicht auf. Der Gehäusetopf zur Aufnahme der Drehmomentsensoreinrichtung kann hierbei aus einem anderen Material als das Lenkgehäuse bestehen, das beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Der Gehäusetopf besteht dagegen vorteilhafterweise aus Kunststoff oder aus einem Metall wie z.B. Blech. Der Deckel kann aus dem gleichen Material wie der Gehäusetopf gefertigt sein, wobei ggf. auch abweichende Materialen in Betracht kommen.
Die Drehmomentsensoreinheit, die im Gehäusetopf aufgenommen ist, weist einen Drehmomentsensor in einem Sensorgehäuse auf sowie einen Signalgeber, dessen Signale von dem Drehmomentsensor ermittelt werden. Signalgeber und Drehmomentsensor sitzen auf unterschiedlichen Abschnitten der Lenkwelle, die über einen Drehstab miteinander verbunden sind. Aus der Relativdrehbewegung zwischen den Lenkwellenabschnitten kann auf das Lenkmoment geschlossen werden, welches der Fahrer über die Lenkhandhabe vorgibt.
Die Ausführung des Gehäusetopfes mit verschließbarem Deckel erlaubt die Aufnahme von Drehmomentsensoreinrichtungen. Bei der Montage wird die Drehmomentsensoreinrichtung in den Gehäusetopf eingesetzt, anschießend wird der Deckel aufgesetzt und mit dem Gehäusetopf verbunden.
Die Verbindung zwischen dem Gehäusetopf und dem Lenkgehäuse erfolgt durch Verschweißen, beispielsweise im Falle eines Kunststoff-Gehäusetopfes durch Ultraschallverschweißen, über eine Pressverbindung oder über eine sonstige Befestigungsmöglichkeit. Gegebenenfalls wird in einen Kunststoff-Gehäusetopf ein Metalleinlegeteil in den Verbindungsbereich zum Lenkgehäuse eingebracht, damit höhere Kräfte aufgenommen werden können und beispielsweise eine Pressverbindung hergestellt werden kann.
Auch die Verbindung zwischen dem Gehäusetopf und dem Deckel kann durch einen Schweißvorgang erfolgen, im Falle von Kunststoffbauteilen beispielsweise durch einen Ultraschallschweißvorgang. Im Verbindungsbereich zwischen Gehäusetopf und Deckel kann an einem oder an beiden Bauteilen ein Metalleinlegeteil in den Kunststoff integriert sein, um eine höhere Formstabilität zu erreichen. Soweit an beiden Bauteilen jeweils ein Metalleinlegeteil im Verbindungsbereich angeordnet ist, wirkt die Kontaktstelle zwischen Gehäusetopf und Deckel als Metall-Metall-Pressverband. Zur Vorzentrierung von Gehäusetopf und Deckel kann ein Kontaktbereich zwischen beiden Bauteilen mit Übermaß vorgesehen sein.
Als weitere Verbindungsmöglichkeit zwischen Gehäusetopf und Deckel kommen auch Schnappelemente oder sonstige Verbindungselemente sowie zum Beispiel nichthomogene Verbindungstechniken, z.B. Heißverprägen oder Verstemmen in Betracht.
Um das Topfinnere abzudichten, ist es zweckmäßig, zwischen Gehäusetopf und Deckel einen Dichtring vorzusehen, ebenso zur Abdichtung zwischen dem Gehäusetopf und dem durch die Ausnehmung im Gehäusetopf geführten Wellenabschnitt sowie zwischen dem Deckel und dem durch die Ausnehmung im Deckel geführten Wellenabschnitt. Die Dichtungselemente können jeweils als Spritzgusseinlegeteile ausgeführt sein und ggf. in einem Spritzgießprozess direkt an den Deckel bzw. den Gehäusetopf angefügt werden.
In die Wandung des Gehäusetopfs ist zweckmäßigerweise eine radial oder axial gerichtete Ausnehmung zur Kabeldurchführung eingebracht. Strom- bzw. Datenleitungen zur Drehmomentsensoreinrichtung können durch die radiale bzw. axiale Ausnehmung hindurchgeführt werden.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
2 in Einzeldarstellung ein Lenkgehäuse des Lenksystems mit einem am Lenkgehäuse befestigten, als separates Bauteil ausgeführten Gehäusetopf zur Aufnahme einer Drehmomentsensoreinrichtung,
3 einen Schnitt durch den Gehäusetopf,
4 den Gehäusetopf in Einzeldarstellung mit aufgesetztem Deckelelement,
5 eine vergrößerte Darstellung des Details V aus 4.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Figuren versehen.
1 zeigt ein Lenksystem 1 in einem Fahrzeug, wobei das Lenksystem 1 ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkgehäuse 4 und ein Lenkgestänge 5 zum Lenken der Vorderräder 6 aufweist. Des Weiteren ist das Lenksystem 1 mit einer Servoeinrichtung 7 ausgestattet, bei der es sich beispielsweise um einen elektrischen Servomotor handelt. Die Servoeinrichtung 7 erzeugt ein die Lenkbewegung des Fahrers unterstützendes Moment. Der Fahrer gibt bei der Lenkbewegung über das Lenkrad 2 einen Lenkradwinkel δ_L vor, der über ein Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 und das Lenkgestänge 5 in einen Radlenkwinkel δ_V an den lenkbaren Vorderrädern 6 umgesetzt wird.
Wie den folgenden Figuren zu entnehmen, ist mit dem Lenkgehäuse 4 im Bereich des Lenkwelleneintritts ein Gehäusetopf 8 zur Aufnahme einer Drehmomentsensoreinrichtung 10 (3) verbunden. Der Gehäusetopf 8 weist einen zylindrischen Querschnitt auf und ist als ein separat von dem Lenkgehäuse 4 ausgebildetes Bauteil ausgeführt. Die Materialien von Lenkgehäuse 4 und Gehäusetopf 8 können sich voneinander unterscheiden, beispielsweise besteht das Lenkgehäuse 4 aus Aluminium und der Gehäusetopf 8 aus Kunststoff und ist im Spritzgießverfahren hergestellt. Grundsätzlich kommt aber auch eine Ausführung des Gehäusetopfes 8 als Metallbauteil in Betracht.
Der Gehäusetopf 8 ist von einem Deckel 9 zu verschließen, so dass die Drehmomentsensoreinrichtung 10 im Gehäusetopf sicher und vor Verschmutzungen und Nässe geschützt aufgenommen ist.
In die Seitenwand des Gehäusetopfes 8 ist eine radiale Ausnehmung 11 zur Kabeldurchführung eingebracht, durch die die Versorgungs- und Datenleitungen für die Drehmomentsensoreinrichtung 10 hindurchgeführt sind.
Wie 3 in Verbindung mit 4 zu entnehmen, ist in den Boden des Gehäusetopfes 8 eine zentrische Ausnehmung 12 eingebracht, auch der Deckel 9 weist eine zentrische Ausnehmung 13 auf. Durch die Ausnehmungen 12, 13 sind Lenkwellenabschnitte 3a, 3b der Lenkwelle hindurchgeführt, die über einen Drehstab 14 miteinander verbunden sind. Der obere Lenkwellenabschnitt 3a ist mit dem Lenkrad verbunden, der untere Lenkwellenabschnitt 3b stellt den ritzelseitigen Lenkwellenabschnitt dar, der in das Lenkgehäuse 4 einragt und Teil des Lenkgetriebes im Lenkgehäuse zur Übertragung der Lenkbewegung auf das Lenkgestänge ist. Der verbindende Drehstab 14 ermöglicht eine Relativdrehbewegung zwischen oberen und unterem Lenkwellenabschnitt 3a, 3b; diese Relativdrehbewegung wird über die Drehmomentsensoreinrichtung 10 ermittelt, woraus auf das Lenkmoment geschlossen werden kann, das der Fahrer über das Lenkrad vorgibt. Die Drehmomentsensoreinrichtung 10 umfasst hierzu in einem Sensorgehäuse einen Sensor, der mit einem Abschnitt der Lenkwelle verbunden ist, sowie einen Signalgeber, der mit dem anderen Abschnitt der Lenkwelle verbunden ist. Beispielsweise ist der Drehmomentsensor mit dem unteren Lenkwellenabschnitt 3b und der Signalgeber mit dem oberen Abschnitt 3a der Lenkwelle verbunden.
Um den Innenraum im Gehäusetopf 8 dicht abzuschließen, ist in die zentrische Ausnehmung 13, die sich im Deckel 9 befindet, ein Dichtungselement 15 eingesetzt, das im montierten Zustand an der Mantelfläche der Lenkwelle 3 anliegt (4). Ein weiteres Dichtelement 16 befindet sich, wie 4 in Verbindung mit 5 zu entnehmen, zwischen dem Gehäusetopf 8 und dem Deckel 9. Das Dichtungselement 16 liegt auf der Stirnkante des Gehäusetopfes 8 auf und wird von dem Deckel 9 axial mit einer Kraft beaufschlagt. Gegebenenfalls kommt auch eine radiale Abdichtung mit entsprechender Kraftbeaufschlagung in Betracht.
Im Bereich der zentrischen Ausnehmung 12 des Gehäusetopfes 8, die den Verbindungsbereich zum Lenkgehäuse darstellt, kann ein Metalleinlegeteil 17 angeordnet sein, welches in einem zylindrischen Stutzen, welcher die zentrische Ausnehmung 12 bildet, integriert ist. Das Metalleinlegeteil 17 erlaubt die Aufnahme höherer Kräfte und ermöglicht beispielsweise eine Pressverbindung zwischen dem Gehäusetopf 8 und dem Lenkgehäuse.
Wie 5 zu entnehmen, kann auch im Bereich der Verbindung zwischen dem Gehäusetopf 8 und dem Deckel 9 jeweils ein Metalleinlegeteil 18 bzw. 19 vorgesehen sein, von denen das Metalleinlegeteil 18 fest mit dem Deckel 9 im Bereich eines radial umgreifenden Wandabschnittes und das Metalleinlegeteil 19 auf der Außenseite des Gehäusetopfes 8 benachbart zur Stirnseite angeordnet ist. Im montierten Zustand liegen die Metallteile 18 und 19 aufeinander auf und ermöglichen ebenfalls bei erhöhter Festigkeit beispielsweise eine Pressverbindung.
Bezugszeichenliste

1: Lenksystem
2: Lenkrad
3: Lenkwelle
4: Lenkgehäuse
5: Lenkgestänge
6: Vorderrad
7: Servoeinrichtung
8: Gehäusetopf
9: Deckel
10: Drehmomentsensoreinrichtung
11: radiale Ausnehmung
12: zentrische Ausnehmung Gehäusetopf
13: zentrische Ausnehmung Deckel
14: Drehstab
15: Dichtungselement
16: Dichtungselement
17: Metalleinlegeteil
18: Metalleinlegeteil
19: Metalleinlegeteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007032907 A1 [0002]

Claims

Lenksystem mit einem Lenkgehäuse (4) und mit einer Drehmomentsensoreinheit (10), die in einem Gehäusetopf (8) aufgenommen ist, der mit dem Lenkgehäuse (4) verbunden, jedoch als separates Bauteil ausgeführt ist, wobei der Gehäusetopf (8) eine Ausnehmung (12) für eine Lenkwelle (3) aufweist und von einem Deckel (9) verschließbar ist, in den ebenfalls eine Ausnehmung (13) für die Lenkwelle (3) eingebracht ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausnehmung (12) im Gehäusetopf (8) ein erster Abschnitt der Lenkwelle (3) und durch die Ausnehmung (13) im Deckel (9) ein zweiter Abschnitt der Lenkwelle (3) geführt ist.
Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung des Gehäusetopfs (8) eine Ausnehmung (11) zur Kabeldurchführung eingebracht ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusetopf (8) als Kunststoffbauteil ausgeführt ist.
Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusetopf (8) mit dem Lenkgehäuse (4) verschweißt ist.
Lenksystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gehäusetopf (8) im Verbindungsbereich zum Lenkgehäuse (4) und/oder zum Deckel (9) ein Metalleinlegeteil (17, 18, 19) eingebracht ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (9) als Kunststoffbauteil ausgeführt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (9) mit dem Gehäusetopf (8) verschweißt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusetopf (8) als Metallbauteil ausgeführt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (9) als Metallbauteil ausgeführt ist.