DE102018106006B4 - Steering angle sensor with play compensation and reduced play - Google Patents

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Abstract

Lenkwinkelsensor (50) für ein Fahrzeug mit einem Rotor (52), der derart in dem Fahrzeug montierbar ist, dass er durch eine Drehung eines Lenkrads des Fahrzeugs über einen damit verbundenen Lenkwellenrotor (84) in Rotation versetzt wird,wobei der Rotor (52) ein erstes und ein zweites Einzelzahnrad (54, 56) aufweist, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind,wobei das zweite Einzelzahnrad (56) konzentrisch zu dem ersten Einzelzahnrad (54) gehalten und relativ zu dem ersten Einzelzahnrad (54) verdrehbar ist,wobei der Rotor (52) ein Federkraftelement (58) aufweist, welches das erste und das zweite Einzelzahnrad (54, 56) in Umfangsrichtung gegeneinander vorspannt, undwobei der Lenkwinkelsensor (50) ein Gehäuseelement (68) aufweist,wobei das erste Einzelzahnrad (54) einen Schaft (62) aufweist, mit dem das erste Einzelzahnrad (54) an dem Gehäuseelement (68) drehbar gelagert ist unddas zweite Einzelzahnrad (56) drehbar auf dem Schaft (62) gehalten ist, wobei das erste und/oder das zweite Einzelzahnrad (54, 56) einen Schnappmechanismus aufweist, mit dem das erste und das zweite Einzelzahnrad (54, 56) aneinander montierbar sind,dadurch gekennzeichnet, dassdas erste Einzelzahnrad (54) ein Magnetzahnrad ist, unddas zweite Einzelzahnrad (56) in axialer Richtung mit dem Schnappmechanismus abschließt, wobei der Schnappmechanismus eine Mehrzahl von Federbeinen (66) sowie eine korrespondierende Schnappkulisse in Form einer Aussparung aufweist.A steering angle sensor (50) for a vehicle comprising a rotor (52) mountable in the vehicle to be rotated by rotation of a steering wheel of the vehicle via a steering shaft rotor (84) connected thereto, the rotor (52) has a first and a second single gear (54, 56) which are rotatably mounted about a common axis of rotation, the second single gear (56) being held concentrically to the first single gear (54) and being rotatable relative to the first single gear (54), wherein the rotor (52) has a spring force element (58) which biases the first and the second individual gear wheel (54, 56) towards one another in the circumferential direction, and wherein the steering angle sensor (50) has a housing element (68), the first individual gear wheel (54) has a shaft (62) with which the first single gear (54) is rotatably mounted on the housing member (68) and the second single gear (56) is rotatably supported on the shaft (62), the first and/or the second single gear (54, 56) has a snap mechanism with which the first and the second single gear (54, 56) can be assembled together, characterized in that the first single gear (54) is a magnetic gear, and the second single gear (56) in the axial direction terminates with the snap mechanism, the snap mechanism having a plurality of spring legs (66) and a corresponding snap link in the form of a recess.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lenkwinkelsensor für ein Fahrzeug mit einem Rotor, der derart in dem Fahrzeug montierbar ist, dass er durch eine Drehung eines Lenkrads des Fahrzeugs über einen damit verbundenen Lenkwellenrotor in Rotation versetzt wird, wobei der Rotor ein erstes und ein zweites Einzelzahnrad aufweist, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind, wobei das zweite Einzelzahnrad konzentrisch zu dem ersten Einzelzahnrad gehalten und relativ zu dem ersten Einzelzahnrad verdrehbar ist, wobei der Rotor ein Federkraftelement aufweist, welches das erste und das zweite Einzelzahnrad in Umfangsrichtung gegeneinander vorspannt, und wobei der Lenkwinkelsensor ein Gehäuseelement aufweist,The present invention relates to a steering angle sensor for a vehicle with a rotor which can be mounted in the vehicle in such a way that it is rotated by a rotation of a steering wheel of the vehicle via a steering shaft rotor connected thereto, the rotor having a first and a second single gear wheel which are rotatably mounted about a common axis of rotation, the second single gear being held concentrically to the first single gear and being rotatable relative to the first single gear, the rotor having a spring force element which biases the first and the second single gear towards one another in the circumferential direction, and wherein the steering angle sensor has a housing element,

Auch betrifft die vorliegende Erfindung eine Lenkvorrichtung mit einem Lenkrad, einer Lenkwelle, die rotationsfest mit dem Lenkrad verbunden ist, einem an der Lenkwelle angebrachten Lenkwellenrotor, und einem obigen Lenkwinkelsensor, wobei der Lenkwellenrotor mit dem Rotor des Lenkwinkelsensors kämmt.Also, the present invention relates to a steering apparatus including a steering wheel, a steering shaft non-rotatably connected to the steering wheel, a steering shaft rotor attached to the steering shaft, and a steering angle sensor above, the steering shaft rotor meshing with the rotor of the steering angle sensor.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer obigen Lenkvorrichtung.Furthermore, the present invention relates to a vehicle with the above steering device.

Ein solcher Lenkwinkelsensor wird in der Lenkvorrichtung typischerweise zum Bestimmen einer absoluten Winkelposition des Lenkrads verwendet. Dabei ist es prinzipiell unerheblich, ob die Lenkwelle mechanisch mit den entsprechenden Rädern des Fahrzeugs gekoppelt ist, oder ob eine Drehung der Lenkwelle mit dem Lenkrad elektronisch erfasst wird und eine entsprechende Lenkbewegung der Räder des Fahrzeugs bewirkt. Prinzipiell gelten dieselben Ausführungen auch für Fahrzeuge, die beispielsweise einen Kettenantrieb mit einer entsprechenden Lenkung mit einem Lenkrad oder eine andere Art der Lenkung aufweisen.Such a steering angle sensor is typically used in the steering device to determine an absolute angular position of the steering wheel. In principle, it is irrelevant whether the steering shaft is mechanically coupled to the corresponding wheels of the vehicle, or whether a rotation of the steering shaft with the steering wheel is detected electronically and causes a corresponding steering movement of the wheels of the vehicle. In principle, the same explanations also apply to vehicles that have, for example, a chain drive with a corresponding steering system with a steering wheel or another type of steering system.

Dabei kann die Lenkvorrichtung mit einem Mehrachsendetektor ausgeführt sein, welcher den obigen Lenkwinkelsensor umfasst. Weiterhin kann der Lenkwinkelsensor einen aktiven Betriebsmodus und einen Standby-Betriebsmodus aufweisen. Auch kann der Lenkwinkelsensor vorzugsweise nicht nur eine Geschwindigkeit einer Drehung des Lenkrads erfassen, sondern zusätzlich eine Richtung der Drehung des Lenkrads.In this case, the steering device can be implemented with a multi-axis detector which includes the above steering angle sensor. Furthermore, the steering angle sensor can have an active operating mode and a standby operating mode. Also, the steering angle sensor can preferably detect not only a speed of rotation of the steering wheel, but also a direction of rotation of the steering wheel.

Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst ein solcher Lenkwinkelsensor 20 einen Rotor 10 mit einem ersten und einem zweiten Einzelzahnrad 12, 14, die gegeneinander um einen Winkel X drehbar sind. Jedes der Einzelzahnräder 12, 14 weist dabei an seiner Umfangsfläche eine Mehrzahl Zähne 16 auf. Die Anzahl Zähne 16 der beiden Einzelzahnräder 12, 14 ist dabei gleich gewählt. Die Drehung der Einzelzahnräder 12, 14 erfolgt gegen die Kraft eines Federkraftelements 18, welches die beiden Einzelzahnräder 12, 14 miteinander koppelt und das erste und das zweite Einzelzahnrad 12, 14 in Umfangsrichtung gegeneinander vorspannt. Dadurch ist der Rotor 10 spielfrei im Eingriff mit einem kämmenden Element, beispielsweise einem nicht dargestellten Lenkwellenrotor. Das erste Einzelzahnrad 12 ist hier als Magnetzahnrad ausgeführt.As in the 1 and 2 is shown, such a steering angle sensor 20 includes a rotor 10 with a first and a second single gear 12, 14, which are mutually rotatable by an angle X. Each of the individual gears 12, 14 has a plurality of teeth 16 on its peripheral surface. The number of teeth 16 of the two individual gears 12, 14 is chosen to be the same. The rotation of the individual gears 12, 14 takes place against the force of a spring force element 18, which couples the two individual gears 12, 14 to one another and prestresses the first and second individual gears 12, 14 against one another in the circumferential direction. As a result, the rotor 10 engages without play with a meshing element, for example a steering shaft rotor (not shown). The first single gear 12 is designed here as a magnetic gear.

Die 3 und 4 zeigen einen Aufbau des Lenkwinkelsensors 20 insgesamt mit dem in den 1 und 2 dargestellten Rotor 10. Der Lenkwinkelsensor 20 umfasst ein Gehäuse 22, 26 mit einem Gehäuseelement 26 und einem Gehäusedeckel 22, in dem der Rotor 10 drehbar gehalten ist. Der Gehäusedeckel 22 ist als Leiterplatte ausgeführt, an der ein Hall-Sensor 24 montiert ist.the 3 and 4 show a structure of the steering angle sensor 20 as a whole with the in the 1 and 2 Rotor 10 shown. The steering angle sensor 20 comprises a housing 22, 26 with a housing element 26 and a housing cover 22 in which the rotor 10 is rotatably held. The housing cover 22 is designed as a circuit board on which a Hall sensor 24 is mounted.

Das erste und das zweite Einzelzahnrad 12, 14 bilden hier den Rotor 10, indem das zweite Einzelzahnrad 14 konzentrisch mit dem ersten Einzelzahnrad 12 auf einer gemeinsamen Drehachse gehalten ist. Das Federkraftelement 18 ist dazwischen angeordnet. Dazu weist das erste Einzelzahnrad 12 einen Hülsenbereich 28 auf, auf den das zweite Einzelzahnrad 14 aufgeschoben ist. Das erste und das zweite Einzelzahnrad 12, 14 sind um die gemeinsame Drehachse zueinander verdrehbar gelagert.The first and the second single gear 12, 14 form the rotor 10 here, in that the second single gear 14 is held concentrically with the first single gear 12 on a common axis of rotation. The spring force element 18 is arranged in between. For this purpose, the first single gear 12 has a sleeve area 28 onto which the second single gear 14 is pushed. The first and the second individual gear wheel 12, 14 are mounted such that they can be rotated in relation to one another about the common axis of rotation.

Das zweite Einzelzahnrad 14 umfasst hier einen ringförmigen Führungsbereich 30, der in einer ringförmigen Aufnahme 32 des Gehäuseelements 26 drehbar aufgenommen ist. Außerdem weist das erste Einzelzahnrad 12 eine Aussparung 34 auf, in welcher der Hall-Sensor 24 aufgenommen ist.The second single toothed wheel 14 here comprises an annular guide region 30 which is rotatably accommodated in an annular receptacle 32 of the housing element 26 . In addition, the first individual gear wheel 12 has a recess 34 in which the Hall sensor 24 is accommodated.

Der so aufgebaute Lenkwinkelsensor 20 ist zur Montage in einem hier nicht dargestelltem Fahrzeug ausgeführt, so dass er durch eine Drehung eines Lenkrads des Fahrzeugs in Rotation versetzt wird. Dabei wird das erste Einzelzahnrad 12 relativ zu dem Hall-Sensor 24 gedreht. Die resultierende Änderung des magnetischen Feldes wird von dem Hall-Sensor 24 erfasst und ausgewertet, um die Drehung des Lenkrads zu bestimmen.The steering angle sensor 20 constructed in this way is designed for installation in a vehicle, not shown here, so that it is rotated by turning a steering wheel of the vehicle. In this case, the first individual gear wheel 12 is rotated relative to the Hall sensor 24 . The resulting change in the magnetic field is detected and evaluated by the Hall sensor 24 in order to determine the rotation of the steering wheel.

Ein solcher Lenkwinkelsensor ist beispielsweise aus der US 8,164,327 B2 bekannt. Im Detail ist daraus eine Lenkwinkelsensoranordnung zum Bestimmen der absoluten Winkelposition eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Lenkwinkelsensoranordnung umfasst einen Mehrachsendetektor mit einem aktiven Betriebsmodus und einem Standby-Betriebsmodus, der zum Messen der Geschwindigkeit und der Richtung der Drehung des Lenkrads angepasst ist. Die Lenkwinkelsensoranordnung umfasst ferner mindestens einen zweiten Detektor, der angeordnet ist, um einen Quadraturkodierer zu bilden, um eine Bewegung und eine Richtung des Lenkrads zu erfassen, wenn sich der Mehrachsendetektor in dem Standby- oder Abschaltbetriebsmodus befindet.Such a steering angle sensor is, for example, from U.S. 8,164,327 B2 famous. A steering angle sensor arrangement for determining the absolute angular position of a steering wheel of a motor vehicle is known from this in detail. The steering angle sensor assembly includes a multi-axis detector having an active mode of operation and a standby mode of operation adapted to measure the rate and direction of rotation of the steering wheel. The steering angle sensor arrangement also includes at least a second one Detector arranged to form a quadrature encoder to detect movement and direction of the steering wheel when the multi-axis detector is in the standby or powered down mode of operation.

Zusätzlich ist aus der DE 10 2004 021 405 A1 ein Lenksäulenmodul mit einem stationären Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar gelagerten und mit einer Lenkspindel drehfest verbundenen Hülse bekannt. Die Hülse ist mit einer umlaufenden Verzahnung versehen, mit welcher ein Zahnrad kämmt, wobei das Zahnrad von wenigstens zwei übereinander liegenden Zahnradelementen gebildet wird, die gegeneinander verspannt oder verdreht sind, und die Zahnradelemente mit der Verzahnung kämmen.In addition, from the DE 10 2004 021 405 A1 a steering column module with a stationary housing, a sleeve which is rotatably mounted in the housing and is non-rotatably connected to a steering spindle. The sleeve is provided with circumferential teeth, with which a gear meshes, the gear being formed by at least two gear elements lying one above the other, which are braced or twisted against one another, and the gear elements mesh with the gear.

Außerdem ist aus der DE 10 2008 049 680 A1 ein zweiteiliges Zahnrad mit einem ersten Kranzring, der mit einer Nabe verbunden ist, und einem zweiten Kranzring bekannt. Zumindest ein Federelement sorgt dafür, dass der zweite Kranzring in Umfangsrichtung gegen den ersten Kranzring vorgespannt wird, um so beim Kämmen des zweiteiligen Zahnrads mit einem anderen Zahnrad für einen Zahnflankenspielausgleich zu sorgen. Die Feder umfasst ein Ringsegment, von dem zwei Endabschnitte wegstehen, die in eine Nut in der Nabe bzw. eine Nut in dem zweiten Zahnkranz eingreifen. Es werden zwei solcher Federelemente verwendet, die um 180° versetzt und in einer Ringnut in dem zweiten Zahnkranz angeordnet sind.In addition, from the DE 10 2008 049 680 A1 discloses a two-piece gear having a first rim ring connected to a hub and a second rim ring. At least one spring element ensures that the second rim ring is prestressed in the circumferential direction against the first rim ring, in order to ensure backlash compensation when the two-part gear wheel meshes with another gear wheel. The spring comprises a ring segment from which two end portions protrude which engage in a groove in the hub and a groove in the second ring gear, respectively. Two such spring elements are used, offset by 180° and arranged in an annular groove in the second ring gear.

Weiter ist aus der DE10 2011 122 341 A1 ein Zahnrad für eine Vorrichtung zum Erfassen eines Positionswinkels eines drehbaren Bauteils eines Fahrzeugs bekannt. Das Zahnrad weist eine erste Zahnradhälfte und eine zweite Zahnradhälfte auf, welche mit der ersten Zahnradhälfte gekoppelt ist, wobei die Zahnradhälften in Umlaufrichtung um eine Längsachse des Zahnrads relativ zueinander bewegbar sind. Die Relativbewegung ist in Umlaufrichtung durch zumindest ein verformbares Element begrenzt, wobei das verformbare Element ein zwischen den Zahnradhälften angeordnetes Bauteil ist, welches zumindest außenseitig aus einem metallfreien Material ausgebildet ist.Next is from the DE10 2011 122 341 A1 a gear for a device for detecting a position angle of a rotatable component of a vehicle is known. The gear has a first gear half and a second gear half which is coupled to the first gear half, the gear halves being movable relative to one another in the direction of rotation about a longitudinal axis of the gear. The relative movement is limited in the direction of rotation by at least one deformable element, the deformable element being a component which is arranged between the gear wheel halves and is made of a metal-free material at least on the outside.

Die US 2010/0235054 A1 offenbart einen Lenkwinkelsensor mit einem Hauptzahnrad und zwei Nebenzahnrädern. Dabei ist ein Nebenzahnrad zweiteilig aufgebaut, so dass ein zweites Einzelzahnrad an dem Schaft eines ersten Einzelzahnrades gehalten ist. Diese Schrift ist der gattungsbildende Stand der Technik.the U.S. 2010/0235054 A1 discloses a steering angle sensor having a main gear and two secondary gears. In this case, a secondary gear is constructed in two parts, so that a second single gear is held on the shaft of a first single gear. This document is the generic state of the art.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Lenkwinkelsensor, eine Lenkvorrichtung und ein Fahrzeug der oben genannten Art anzugeben, die einen kompakten Aufbau aufweisen.Proceeding from the prior art mentioned above, the invention is therefore based on the object of specifying a steering angle sensor, a steering device and a vehicle of the type mentioned above which have a compact structure.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist somit ein Lenkwinkelsensor für ein Fahrzeug angegeben mit einem Rotor, der derart in dem Fahrzeug montierbar ist, dass er durch eine Drehung eines Lenkrads des Fahrzeugs über einen damit verbundenen Lenkwellenrotor in Rotation versetzt wird, wobei der Rotor ein erstes und ein zweites Einzelzahnrad aufweist, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind, wobei das zweite Einzelzahnrad konzentrisch zu dem ersten Einzelzahnrad gehalten und relativ zu dem ersten Einzelzahnrad verdrehbar ist, wobei der Rotor ein Federkraftelement aufweist, welches das erste und das zweite Einzelzahnrad in Umfangsrichtung gegeneinander vorspannt, wobei der Lenkwinkelsensor ein Gehäuseelement aufweist, und wobei das erste Einzelzahnrad einen Schaft aufweist, mit dem das erste Einzelzahnrad an dem Gehäuseelement drehbar gelagert ist und das zweite Einzelzahnrad drehbar auf dem Schaft gehalten ist.According to the invention, a steering angle sensor for a vehicle is thus specified with a rotor which can be mounted in the vehicle in such a way that it is set in rotation by turning a steering wheel of the vehicle via a steering shaft rotor connected thereto, the rotor having a first and a second individual gear wheel , which are rotatably mounted about a common axis of rotation, the second single gear being held concentrically to the first single gear and being rotatable relative to the first single gear, the rotor having a spring force element which prestresses the first and second single gears against one another in the circumferential direction, the Steering angle sensor has a housing member, and wherein the first single gear has a shaft with which the first single gear is rotatably mounted on the housing member and the second single gear is rotatably supported on the shaft.

Erfindungsgemäß ist außerdem eine Lenkvorrichtung mit einem Lenkrad, einer Lenkwelle, die rotationsfest mit dem Lenkrad verbunden ist, einem an der Lenkwelle angebrachten Lenkwellenrotor, und einem obigen Lenkwinkelsensor angegeben, wobei der Lenkwellenrotor mit dem Rotor des Lenkwinkelsensors kämmt.The invention also provides a steering apparatus including a steering wheel, a steering shaft non-rotatably connected to the steering wheel, a steering shaft rotor attached to the steering shaft, and a steering angle sensor as above, the steering shaft rotor meshing with the rotor of the steering angle sensor.

Weiter ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit einer obigen Lenkvorrichtung angegeben.Furthermore, according to the invention, a vehicle with the above steering device is specified.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, die Konstruktion des Rotors dahingehend zu vereinfachen, dass der Rotor insgesamt bereitgestellt und als einteiliges Element an dem Gehäuseelement drehbar gelagert werden kann. Dies ermöglicht eine effiziente Montage des Lenkwinkelsensors, da die Lagerung des zweiten Einzelzahnrads an dem ersten Einzelzahnrad erfolgt. Auch kann der Rotor insgesamt zuverlässig und mit geringem Spiel gehalten werden, da nur ein Spiel zwischen dem ersten Einzelzahnrad und dem Gehäuseelement auftreten kann. Ein Spiel zwischen dem ersten Einzelzahnrad und dem zweiten Einzelzahnrad beeinträchtigt vorliegend nicht die Halterung des Rotors. Dabei wird einerseits ein axiales Spiel reduziert, da sich lediglich das erste Einzelzahnrad einzeln in axialer Richtung bewegen kann. Andererseits wird auch ein Spiel in radialer Richtung reduziert. Ein Spiel des zweiten Einzelzahnrads ergibt sich lediglich relativ zu dem ersten Einzelzahnrad, und summiert sich nicht - wie bei einer gemeinsamen Halterung des ersten und zweiten Einzelzahnrads zu einem Gesamtspiel des Rotors auf.The basic idea of the present invention is therefore to simplify the construction of the rotor to the effect that the rotor can be provided as a whole and can be rotatably mounted on the housing element as a one-piece element. This enables the steering angle sensor to be installed efficiently, since the second individual gear wheel is mounted on the first individual gear wheel. The rotor as a whole can also be held reliably and with little play, since there can only be play between the first individual gear wheel and the housing element. In this case, play between the first individual gear wheel and the second individual gear wheel does not impair the mounting of the rotor. On the one hand, axial play is reduced because only the first individual gear wheel can move individually in the axial direction. On the other hand, play in the radial direction is also reduced. A game of the second single gear arises only relative to the first single gear, and does not add up - as with a common mount of the first and second single gear to a total game of the rotor.

Der Lenkwinkelsensor wird typischerweise in einer Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug verwendet. Der Lenkwinkelsensor ist über eine Lenkwelle mit einem Lenkrad rotatorisch gekoppelt, wobei Lenkwelle und Lenkrad rotationsfest zueinander sind, so dass eine Lenkbewegung des Lenkrads auf die Lenkwelle und damit auf den Lenkwellenrotor übertragen wird. Der Lenkwellenrotor treibt dann den Rotor des Lenkwinkelsensors an. Diese Bewegung des Rotors wird von dem Lenkwinkelsensor erfasst und ausgewertet. Dabei kann durch eine Ausgestaltung des Lenkwellenrotors und des Rotors eine gewünschte Übersetzung zwischen einer Umdrehung der Lenkwelle und des Rotors eingestellt werden. Dadurch kann beispielsweise eine Winkelauflösung des Lenkwinkelsensors eingestellt werden.The steering angle sensor is typically used in a steering device in a vehicle. The steering angle sensor is rotationally coupled to a steering wheel via a steering shaft, the steering shaft and steering wheel being rotationally fixed to one another, so that a steering movement of the steering wheel is transmitted to the steering shaft and thus to the steering shaft rotor. The steering shaft rotor then drives the rotor of the steering angle sensor. This movement of the rotor is detected and evaluated by the steering angle sensor. A desired translation between one revolution of the steering shaft and the rotor can be set by designing the steering shaft rotor and the rotor. As a result, for example, an angular resolution of the steering angle sensor can be adjusted.

Das erste und das zweite Einzelzahnrad sind dabei gegeneinander um einen Winkel drehbar sind, haben den gleichen Außendurchmesser und weisen an ihrer Umfangsfläche jeweils die gleiche Anzahl Zähne auf. Die Drehung der Einzelzahnräder gegeneinander erfolgt gegen die Kraft des Federkraftelements, welches die beiden Einzelzahnräder miteinander koppelt und das erste und das zweite Einzelzahnrad in Umfangsrichtung gegeneinander vorspannt. Dadurch ist der Rotor spielfrei im Eingriff mit einem kämmenden Element, beispielsweise einem an der Lenkwelle angebrachten Lenkwellenrotor.The first and the second individual toothed wheel can be rotated relative to one another by an angle, have the same outer diameter and each have the same number of teeth on their peripheral surface. The rotation of the individual gears against each other takes place against the force of the spring force element, which couples the two individual gears together and preloads the first and the second individual gear against each other in the circumferential direction. As a result, the rotor engages without play with a meshing element, for example a steering shaft rotor attached to the steering shaft.

Der Lenkwinkelsensor kann auf prinzipiell unterschiedliche Weise die Drehung der Lenkwelle erfassen. Die Erfassung der Drehung des Rotors erfolgt durch ein entsprechendes Sensorelement. Der Lenkwinkelsensor kann prinzipiell berührungslos arbeiten, wodurch sich eine geringe Reibung und ein geringer Verschleiß ergeben. Abhängig von der Ausgestaltung des Lenkwinkelsensors kann der Lenkwinkel mit einer hohen Präzision bestimmt werden.The steering angle sensor can detect the rotation of the steering shaft in fundamentally different ways. The rotation of the rotor is detected by a corresponding sensor element. In principle, the steering angle sensor can work without contact, resulting in low friction and low wear. Depending on the design of the steering angle sensor, the steering angle can be determined with a high degree of precision.

Erfindungsgemäß ist der Lenkwinkelsensor ein magnetischer Lenkwinkelsensor. Es erfolgt eine magnetische Erfassung der Drehung des Rotors durch ein entsprechendes magnetisches Sensorelement und wenigstens ein Magnetelement als Signalgeber. Eine Auswerteelektronik führt eine Erfassung der Drehung durch. Der magnetische Lenkwinkelsensor arbeitet berührungslos und daher mit geringer Reibung und geringem Verschleiß. Abhängig von der Ausgestaltung des magnetischen Lenkwinkelsensors kann der Lenkwinkel mit einer hohen Präzision bestimmt werden. Das Magnetelement ist an dem ersten Einzelzahnrad gehalten.According to the invention, the steering angle sensor is a magnetic steering angle sensor. The rotation of the rotor is detected magnetically by a corresponding magnetic sensor element and at least one magnetic element as a signal generator. Evaluation electronics record the rotation. The magnetic steering angle sensor works without contact and therefore with low friction and low wear. Depending on the design of the magnetic steering angle sensor, the steering angle can be determined with a high degree of precision. The magnetic element is held on the first single gear.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteelektronik einen Hall-Sensor auf. Der Hall-Sensor kann eine Änderung des magnetischen Feldes in seiner Umgebung, wie sie durch eine Rotation des wenigstens einen Magnetelements bewirkt wird, zuverlässig erfassen. Dabei kann durch die Anzahl verwendeter Magnetelemente eine Winkelauflösung des Lenkwinkelsensors beeinflusst werden. Das wenigstens eine Magnetelement ist vorzugsweise in räumlicher Nähe zu dem Hall-Sensor angeordnet. Das erste Einzelzahnrad ist als magnetisches Einzelzahnrad mit wenigstens einem entsprechenden Magnetelement ausgeführt, oder das wenigstens Magnetelement ist an dem ersten Einzelzahnrad angebracht.In an advantageous embodiment of the invention, the evaluation electronics have a Hall sensor. The Hall sensor can reliably detect a change in the magnetic field in its surroundings, as caused by a rotation of the at least one magnetic element. In this case, an angular resolution of the steering angle sensor can be influenced by the number of magnetic elements used. The at least one magnetic element is preferably arranged in spatial proximity to the Hall sensor. The first single gear is designed as a magnetic single gear with at least one corresponding magnetic element, or the at least magnetic element is attached to the first single gear.

Das zweite Einzelzahnrad ist in einem Bereich zwischen dem ersten Einzelzahnrad und dem Gehäuseelement angeordnet. Entsprechend ist das zweite Einzelzahnrad auf einer der Auswerteelektronik entgegengesetzten Seite angebracht. Das erste Einzelzahnrad kann beispielsweise mit dem Magnetelement in Nähe zu der Auswerteelektronik angeordnet sein, um eine ungestörte Erfassung der Rotation des Rotors durch die Auswerteelektronik zu ermöglichen.The second single gear is arranged in an area between the first single gear and the housing member. Correspondingly, the second single toothed wheel is mounted on a side opposite the evaluation electronics. The first individual toothed wheel can, for example, be arranged with the magnetic element in the vicinity of the evaluation electronics, in order to enable the rotation of the rotor to be detected by the evaluation electronics without interference.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Lenkwinkelsensor eine Leiterplatte mit einer Auswerteelektronik zur Bestimmung einer Rotation des Rotors auf, die Leiterplatte bildet einen Gehäusedeckel oder ist als Teil eines Gehäusedeckels ausgeführt, und der Rotor ist in einem durch das Gehäuseelement und den Gehäusedeckel gebildeten Gehäuse gehalten ist. Das Gehäuseelement wird von dem Gehäusedeckel mit der Leiterplatte verschlossen, wobei die Leiterplatte zum Verschluss des Gehäuses beiträgt. Dies ermöglicht ein kompaktes Design des Lenkwinkelsensors, da in dem Gehäuse nicht zusätzlich eine Leiterplatte aufgenommen werden muss. Die Auswerteelektronik kann dabei prinzipiell innenseitig oder außenseitig an der Leiterplatte angebracht sein. Bei einer innenseitigen Anbringung ist die Auswerteelektronik besonders geschützt. Die Auswerteelektronik umfasst vorzugsweise einen Hall-Sensor oder ist als Hall-Sensor ausgeführt.In an advantageous embodiment of the invention, the steering angle sensor has a printed circuit board with evaluation electronics for determining rotation of the rotor, the printed circuit board forms a housing cover or is designed as part of a housing cover, and the rotor is held in a housing formed by the housing element and the housing cover . The housing element is closed by the housing cover with the circuit board, the circuit board contributing to the closure of the housing. This enables a compact design of the steering angle sensor, since an additional printed circuit board does not have to be accommodated in the housing. In principle, the evaluation electronics can be attached to the printed circuit board on the inside or outside. If installed on the inside, the evaluation electronics are particularly well protected. The evaluation electronics preferably includes a Hall sensor or is designed as a Hall sensor.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Schaft zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuseelement. Das erste Einzelzahnrad wird also zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuseelement gehalten. Dadurch kann der Rotor besonders zuverlässig und mit wenig Spiel gehalten werden. Es wird einerseits ein axiales Spiel reduziert, da sich lediglich das erste Einzelzahnrad einzeln in axialer Richtung zwischen dem Gehäuseelement und der Leiterplatte bewegen kann. Andererseits wird auch ein radiales Spiel reduziert, da das erste Einzelzahnrad nur durch seine eigene Lagerung Spiel erfährt.In an advantageous embodiment of the invention, the shaft extends between the printed circuit board and the housing element. The first single gear is thus held between the printed circuit board and the housing element. As a result, the rotor can be held particularly reliably and with little play. On the one hand, axial play is reduced since only the first individual gear wheel can move individually in the axial direction between the housing element and the printed circuit board. On the other hand, radial play is also reduced, since the first individual gearwheel experiences play only as a result of its own bearing.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Einzelzahnrad an seinem der Leiterplatte zugewandten axialen Ende eine zentrisch angeordnete Bohrung auf, und die Auswerteelektronik ist innerhalb der Bohrung angeordnet. Dadurch kann einerseits die Auswerteelektronik sehr nah an dem Rotor positioniert sein, um dessen Rotation zu erfassen. Andererseits ergibt sich ein besonders kompaktes Design des Lenkwinkelsensors, da keiner oder nur wenig zusätzlicher Raum für die Auswerteelektronik bereitgestellt werden muss.In an advantageous embodiment of the invention, the first individual gear wheel has a centrally arranged bore at its axial end facing the printed circuit board, and the evaluation electronics are arranged inside the bore. As a result, on the one hand, the evaluation electronics can be positioned very close to the rotor in order to detect its rotation. On the other hand, the design of the steering angle sensor is particularly compact, since little or no additional space has to be provided for the evaluation electronics.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuseelement ein Lagerelement auf, an dem das erste Einzelzahnrad drehbar gelagert ist. Das Lagerelement kann dabei auf verschiedene Weise bereitgestellt sein. Es bildet vorzugsweise eine Drehachse zur drehbaren Anbringung des ersten Einzelzahnrads.In an advantageous embodiment of the invention, the housing element has a bearing element on which the first individual gear wheel is rotatably mounted. The bearing element can be provided in different ways. It preferably forms an axis of rotation for the rotatable attachment of the first single gear.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Lagerelement als Lagerstift ausgeführt, das erste Einzelzahnrad weist eine mit dem Lagerstift korrespondierende Innenbohrung auf, und das erste Einzelzahnrad ist mit seiner Innenbohrung drehbar auf dem Lagerstift gehalten. Der Lagerstift bildet somit eine Drehachse des Einzelzahnrads wie auch des Rotors insgesamt. Der Lagerstift kann dabei als zylinderförmiges Lagerelement ausgeführt sein, oder eine Mehrzahl Arme aufweisen, die sich von einem Mittelbereich nach außen erstrecken, so dass Enden der Arme einen Zylinder aufspannen.In an advantageous embodiment of the invention, the bearing element is designed as a bearing pin, the first individual gear has an inner bore corresponding to the bearing pin, and the first individual gear is rotatably held on the bearing pin with its inner bore. The bearing pin thus forms an axis of rotation of the individual gear wheel as well as of the rotor as a whole. The bearing pin can be designed as a cylindrical bearing element, or it can have a plurality of arms that extend outwards from a central area, so that the ends of the arms span a cylinder.

Alternativ kann das Lagerelement ausgeführt sein, dass es einen hülsenförmigen oder zylinderförmigen Bereich des ersten Einzelzahnrads von außen umgreift. Entsprechend kann das Lagerelement beispielsweise nach er Art einer Hülse ausgeführt sein.Alternatively, the bearing element can be designed so that it surrounds a sleeve-shaped or cylindrical area of the first individual gear wheel from the outside. Accordingly, the bearing element can be designed, for example, in the manner of a sleeve.

Erfindungsgemäß weist das erste und/oder das zweite Einzelzahnrad einen Schnappmechanismus auf, mit dem das erste und das zweite Einzelzahnrad aneinander montierbar sind. Durch den Schnappmechanismus wird eine Anbringung des zweiten Einzelzahnrads an dem ersten Einzelzahnrad auf einfache Weise ermöglicht. Somit kann der Rotor insgesamt einfach gebildet werden. Der Schnappmechanismus umfasst eine Mehrzahl Federbeine, die sich entlang eines Hülsenbereichs des ersten Einzelzahnrads erstrecken. Wenn das zweite Einzelzahnrad auf den Hülsenbereich aufgeschoben wird, können die Federbeine das zweite Einzelzahnrad hintergreifen, so dass es fest auf dem Hülsenbereich des ersten Einzelzahnrads gehalten ist. Der Schnappmechanismus ist vorzugsweise an dem ersten Einzelzahnrad ausgebildet.According to the invention, the first and/or the second individual gear wheel has a snap-action mechanism with which the first and the second individual gear wheel can be assembled on one another. The snap mechanism enables the second individual gear wheel to be attached to the first individual gear wheel in a simple manner. Thus, the rotor can be formed easily as a whole. The snap mechanism includes a plurality of struts extending along a sleeve portion of the first single gear. When the second single gear wheel is slid onto the sleeve area, the spring struts can engage behind the second single gear wheel, so that it is held firmly on the sleeve area of the first single gear wheel. The snap mechanism is preferably formed on the first single gear.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Federkraftelement als Ringfeder ausgeführt und an dem ersten und/oder dem zweiten Einzelzahnrad gehalten. Die Ringfeder kann einfach an dem ersten oder zweiten Einzelzahnrad angebracht und rotatorisch damit gekoppelt werden. Die Ringfeder kann eine Kraft in Umfangsrichtung gut aufnehmen und zwischen den zwei Einzelzahnrädern übertragen.In an advantageous embodiment of the invention, the spring force element is designed as an annular spring and is held on the first and/or the second individual gear wheel. The ring spring can be easily attached to the first or second single gear and rotationally coupled thereto. The ring spring can easily absorb a force in the circumferential direction and transmit it between the two individual gears.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Einzelzahnrad eine zentrische Durchgangsöffnung auf, und das erste Einzelzahnrad weist einen Hülsenbereich auf, auf dem das zweite Einzelzahnrad mit seiner zentrischen Durchgangsöffnung montierbar ist.In an advantageous embodiment of the invention, the second single gear has a central passage opening, and the first single gear has a sleeve area on which the second single gear can be mounted with its central passage opening.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Lenkvorrichtung eine Mehrzahl Lenkwinkelsensoren auf, die mit der Lenkwelle rotatorisch gekoppelt sind. Vorzugsweise weist die Lenkvorrichtung zwei Lenkwinkelsensoren auf. Eine so gebildete Lenkvorrichtung ermöglicht eine Bildung einer Lenkwinkelsensoranordnung, um beispielsweise einen Quadraturkodierer zu bilden. Der Quadraturkodierer kann zuverlässig die Bewegung und Richtung der Rotation des Lenkrads erfassen, wenn sich die Lenkwinkelsensoranordnung im Bereitschafts- oder Abschaltbetriebsmodus befindet.In an advantageous embodiment of the invention, the steering device has a plurality of steering angle sensors which are rotationally coupled to the steering shaft. The steering device preferably has two steering angle sensors. A steering device formed in this way enables a steering angle sensor arrangement to be formed, for example in order to form a quadrature encoder. The quadrature encoder can reliably detect the movement and direction of rotation of the steering wheel when the steering angle sensor assembly is in the standby or powered-off mode of operation.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

  • 1 eine Darstellung eines Rotors aus dem Stand der Technik mit zwei Einzelzahnrädern, die gegeneinander in Umfangsrichtung drehbar gehalten sind, mit einem Spiel, in einer seitlichen Ansicht bzw. Draufsicht,
  • 2 eine Darstellung des Rotors aus 1 mit den zwei Einzelzahnrädern und einem Federkraftelement, mit dem die beiden Einzelzahnräder gegeneinander vorgespannt sind, in einer seitlichen Schnittansicht bzw. Draufsicht,
  • 3 eine Darstellung eines Lenkwinkelsensors aus dem Stand der Technik mit dem Rotor aus den 1 und 2, einem Hall-Sensor und einem Gehäuse, wobei der Rotor in dem Gehäuse angeordnet ist, in einer Explosionsansicht,
  • 4 eine Darstellung eines Lenkwinkelsensors aus 3 im montierten Zustand in einer seitlichen Schnittansicht,
  • 5 eine Darstellung eines Lenkwinkelsensors gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Rotor mit zwei Einzelzahnrädern, die gegeneinander in Umfangsrichtung drehbar gehalten sind, einem Federkraftelement, mit dem die beiden Einzelzahnräder gegeneinander vorgespannt sind, einem Hall-Sensor und einem Gehäuse, wobei der Rotor in dem Gehäuse angeordnet ist, in einer Explosionsansicht,
  • 6 eine Darstellung des Lenkwinkelsensors aus 5 im montierten Zustand in einer seitlichen Schnittansicht,
  • 7 eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Lenkwelle, einem daran angebrachten Lenkwellenrotor und zwei Lenkwinkelsensoren aus 5 deren Rotoren mit dem Lenkwellenrotor kämmen, und
  • 8 eine Detailansicht der Lenkvorrichtung aus 7, wobei der Lenkwellenrotor kämmend mit einem der Rotoren der beiden Lenkwinkelsensoren dargestellt ist.
The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing based on preferred embodiments. It shows
  • 1 a representation of a rotor from the prior art with two individual gears, which are held to rotate against each other in the circumferential direction, with a game, in a side view or top view,
  • 2 a representation of the rotor 1 with the two individual gears and a spring force element, with which the two individual gears are prestressed against each other, in a lateral sectional view or top view,
  • 3 a representation of a steering angle sensor from the prior art with the rotor from the 1 and 2 , a Hall sensor and a housing, with the rotor being arranged in the housing, in an exploded view,
  • 4 a representation of a steering angle sensor 3 in the assembled state in a side sectional view,
  • 5 a representation of a steering angle sensor according to a first, preferred embodiment of the invention with a rotor with two individual gears, which are held rotatably against each other in the circumferential direction, a spring force element with which the two individual gears are biased against each other, a Hall sensor and a housing, wherein the rotor is arranged in the housing, in an exploded view,
  • 6 a representation of the steering angle sensor 5 in the assembled state in a side sectional view,
  • 7 1 shows a schematic representation of a steering device according to the first embodiment with a steering shaft, a steering shaft rotor attached thereto and two steering angle sensors 5 whose rotors mesh with the steering shaft rotor, and
  • 8th a detailed view of the steering device 7 , wherein the steering shaft rotor is shown meshing with one of the rotors of the two steering angle sensors.

Die 5 und 6 zeigen einen Lenkwinkelsensor 50 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.the 5 and 6 show a steering angle sensor 50 according to an embodiment of the invention.

Der Lenkwinkelsensor 50 umfasst einen Rotor 52 mit einem ersten und einem zweiten Einzelzahnrad 54, 56, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. Das erste Einzelzahnrad 54 ist konzentrisch zu dem zweiten Einzelzahnrad 56 angeordnet. Das erste und das zweite Einzelzahnrad 54, 56 sind gegeneinander um einen vorgegebenen Winkel drehbar und haben den gleichen Außendurchmesser. Der Rotor 52 umfasst weiterhin ein Federkraftelement 58, mit dem die beiden Einzelzahnräder 54, 56 miteinander gekoppelt sind. Das Federkraftelement 58 ist hier als Ringfeder 58 ausgeführt, die in einer ringförmigen Aussparung des zweiten Einzelzahnrads 56 positioniert ist. Eine Drehung der Einzelzahnräder 54, 56 erfolgt entsprechend gegen eine Kraft des Federkraftelements 58, welches die beiden Einzelzahnräder 54, 56 in Umfangsrichtung gegeneinander vorspannt.The steering angle sensor 50 includes a rotor 52 with a first and a second single gear 54, 56, which are rotatably mounted about a common axis of rotation. The first single gear 54 is arranged concentrically to the second single gear 56 . The first and second individual gears 54, 56 are mutually rotatable by a predetermined angle and have the same outer diameter. The rotor 52 also includes a spring force element 58, with which the two individual gears 54, 56 are coupled to one another. The spring force element 58 is designed here as an annular spring 58 which is positioned in an annular recess of the second individual gear wheel 56 . A rotation of the individual gears 54, 56 takes place accordingly against a force of the spring force element 58, which biases the two individual gears 54, 56 against each other in the circumferential direction.

Jedes der Einzelzahnräder 54, 56 weist dabei an seiner jeweils eine gleiche Anzahl Zähne 60 auf. Das erste Einzelzahnrad 54 weist einen Schaft 62 auf, und das zweite Einzelzahnrad 56 weist eine zentrische Durchgangsöffnung 64 auf. Das zweite Einzelzahnrad 56 ist mit seiner zentrischen Durchgangsöffnung 64 auf dem Schaft 62 des ersten Einzelzahnrads 54 montiert. Zur axialen Fixierung des zweiten Einzelzahnrads 56 weist das erste Einzelzahnrad 54 eine Mehrzahl Federbeine 66 auf, die sich entlang des Hülsenbereichs 62 erstrecken und das zweite Einzelzahnrad 56 auf dem Hülsenbereich 62 in axialer Richtung hintergreifen, so dass es fest auf dem Hülsenbereich 62 des ersten Einzelzahnrads 54 gehalten ist. Die Federbeine 66 bilden gemeinsam einen Schnappmechanismus. Das zweite Einzelzahnrad 56 ist mit dem Schnappmechanismus relativ zu dem ersten Einzelzahnrad 54 verdrehbar auf dem Schaft 62 gelagert.Each of the individual gears 54, 56 has the same number of teeth 60 on its respective gears. The first single gear 54 has a shaft 62 and the second single gear 56 has a central through hole 64 . The second single gear 56 is mounted with its central passage opening 64 on the shaft 62 of the first single gear 54 . For the axial fixation of the second single gear 56, the first single gear 54 has a plurality of spring struts 66, which extend along the sleeve area 62 and engage behind the second single gear 56 on the sleeve area 62 in the axial direction, so that it is fixed on the sleeve area 62 of the first single gear 54 is held. The struts 66 together form a snap mechanism. The second individual gear wheel 56 is mounted on the shaft 62 with the snap mechanism so that it can rotate relative to the first individual gear wheel 54 .

Der Lenkwinkelsensor 50 umfasst weiterhin ein Gehäuseelement 68 und eine Leiterplatte 70. Die Leiterplatte 70 ist hier als Gehäusedeckel 70 ausgeführt, und bildet zusammen mit dem Gehäuseelement 68 ein Gehäuse 68, 70, in dem der Rotor 52 drehbar gehalten ist. Dazu erstreckt sich der Schaft 62 zwischen dem Gehäuseelement 68 und der Leiterplatte 70. An der Leiterplatte 70 ist ein Hall-Sensor 72 montiert. Der Hall-Sensor 72 bildet hier eine Auswerteelektronik 72 zur Bestimmung einer Rotation des Rotors 52, woraus ein Lenkwinkel bestimmt werden kann. Das erste Einzelzahnrad 54 weist an seinem der Leiterplatte 70 zugewandten axialen Ende eine zentrisch angeordnete Bohrung 74 auf, in welcher der Hall-Sensor 72 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Gehäuse 68, 70 einen separaten Deckel, und die Leiterplatte 70 ist in dem Gehäuse 68, 70 gehalten.The steering angle sensor 50 also includes a housing element 68 and a printed circuit board 70. The printed circuit board 70 is designed here as a housing cover 70 and, together with the housing element 68, forms a housing 68, 70 in which the rotor 52 is rotatably held. For this purpose, the shaft 62 extends between the housing element 68 and the printed circuit board 70. A Hall sensor 72 is mounted on the printed circuit board 70. FIG. The Hall sensor 72 forms evaluation electronics 72 for determining a rotation of the rotor 52, from which a steering angle can be determined. At its axial end facing the printed circuit board 70, the first individual toothed wheel 54 has a centrally arranged bore 74, in which the Hall sensor 72 is arranged. In an alternative embodiment, the housing 68,70 includes a separate cover and the circuit board 70 is held within the housing 68,70.

Der Lenkwinkelsensor 50 ist hier als magnetischer Lenkwinkelsensor 50 ausgeführt. Dazu weist der Rotor 52 wenigstens ein Magnetelement auf, das mit dem Rotor 52 drehbar ist. Gemäß der Ausführungsform ist das erste Einzelzahnrad 54 als Magnetzahnrad ausgeführt, an dem das wenigstens eine Magnetelement angebracht ist. Der Hall-Sensor 72 erfasst eine Änderung des magnetischen Feldes in seiner Umgebung, die durch eine Rotation des wenigstens einen Magnetelements mit dem Rotor 52 bewirkt wird.The steering angle sensor 50 is designed as a magnetic steering angle sensor 50 here. For this purpose, the rotor 52 has at least one magnet element which can be rotated with the rotor 52 . According to the embodiment, the first individual gear wheel 54 is designed as a magnetic gear wheel, to which the at least one magnetic element is attached. The Hall sensor 72 detects a change in the magnetic field in its surroundings, which is brought about by a rotation of the at least one magnetic element with the rotor 52 .

An dem Gehäuseelement 68 ist ein Lagerelement 76 ausgebildet, an dem der Schaft 62 des ersten Einzelzahnrads 54 drehbar gelagert ist. Das Lagerelement 76 bildet somit eine Drehachse zur Anbringung des ersten Einzelzahnrads 54. Das Lagerelement 76 ist hier als Lagerstift 76 ausgeführt, der einen Zylinder aufspannt. Das erste Einzelzahnrad 54 weist eine mit dem Lagerstift 76 korrespondierende Innenbohrung 78 auf, mit der das erste Einzelzahnrad 54 drehbar auf dem Lagerstift 76 gehalten ist. Das erste Einzelzahnrad 54 erstreckt sich auf dem Lagerstift 76 in seiner axialen Richtung mit dem Schaft 62 bis zu der Leiterplatte 70.A bearing element 76 is formed on the housing element 68, on which the shaft 62 of the first individual gear wheel 54 is rotatably mounted. The bearing element 76 thus forms an axis of rotation for attaching the first individual gear wheel 54. The bearing element 76 is designed here as a bearing pin 76 which spans a cylinder. The first individual gear wheel 54 has an inner bore 78 which corresponds to the bearing pin 76 and with which the first individual gear wheel 54 is rotatably held on the bearing pin 76 . The first single gear wheel 54 extends on the bearing pin 76 in its axial direction with the shaft 62 up to the printed circuit board 70.

Zwei Lenkwinkelsensoren 50 werden in einer Lenkvorrichtung 80 in einem Fahrzeug verwendet, wie in 7 dargestellt ist. Die Lenkvorrichtung 80 umfasst eine Lenkwelle 82, die mit einem Lenkrad rotatorisch gekoppelt ist, wobei Lenkwelle 82 und Lenkrad rotationsfest miteinander verbunden sind, so dass eine Lenkbewegung des Lenkrads auf die Lenkwelle 82 übertragen wird. An der Lenkwelle 82 ist ein Lenkwellenrotor 84 angebracht, der mit den Rotoren 52 der beiden Lenkwinkelsensoren 50 kämmt. In 7 sind zur besseren Übersicht lediglich die Rotoren 52 der Lenkwinkelsensoren 50 dargestellt. Zusätzlich zeigt 8 im Detail, wie der Lenkwellenrotor 84 die Rotoren 52 der Lenkwinkelsensoren 50 kämmt.Two steering angle sensors 50 are used in a steering device 80 in a vehicle, as in FIG 7 is shown. The steering device 80 includes a steering shaft 82 which is rotationally coupled to a steering wheel, the steering shaft 82 and the steering wheel being connected to one another in a rotationally fixed manner, so that a steering movement of the steering wheel is transmitted to the steering shaft 82 . A steering shaft rotor 84 is attached to the steering shaft 82 and meshes with the rotors 52 of the two steering angle sensors 50 . In 7 only the rotors 52 of the steering angle sensors 50 are shown for a better overview. Additionally shows 8th in detail how the steering shaft rotor 84 meshes the rotors 52 of the steering angle sensors 50.

Die Lenkbewegung des Lenkrads wird von den Lenkwinkelsensoren 50 erfasst und ausgewertet, wie nachstehend im Detail ausgeführt ist.The steering movement of the steering wheel is detected and evaluated by steering angle sensors 50, as explained in detail below.

Zur Erfassung des Lenkwinkels wird zunächst die Drehung des Lenkrads mit dem an der Lenkwelle 82 angebrachten Lenkwellenrotor 84 auf die Rotoren 52 der Lenkwinkelsensoren 50 übertragen. Diese Rotation wird mit dem Hall-Sensor 72 des entsprechenden Lenkwinkelsensors 50 erfasst und ausgewertet. Abhängig von einer Übersetzung, die von dem Lenkwellenrotor 84 und dem Rotor 52 gebildet wird, wird basierend auf der Erfassung mit den Hall-Sensoren 72 der beiden Lenkwinkelsensoren 50 der Lenkwinkel bestimmt.In order to detect the steering angle, the rotation of the steering wheel with the steering shaft rotor 84 attached to the steering shaft 82 is first transmitted to the rotors 52 of the steering angle sensors 50 . This rotation is detected and evaluated with the Hall sensor 72 of the corresponding steering angle sensor 50 . Depending on a translation, which is formed by the steering shaft rotor 84 and the rotor 52, the steering angle is determined based on the detection with the Hall sensors 72 of the two steering angle sensors 50.

Die 8 zeigt schematisch die Kämmung des Lenkwellenrotors 84 mit dem Rotor 52, welcher ein erstes Einzelzahnrad 54 und ein zweites Einzelzahnrad 56 aufweist. Das erste Einzelzahnrad 54 ist mit dem zweiten Einzelzahnrad 56 über ein Federkraftelement (hier nicht dargestellt) verspannt angeordnet. Die versetzte Darstellung der Einzelzahnräder 54, 56 in 8 soll das verdeutlichen. In der realen Umsetzung wären die Einzelzahnräder 54, 56 in der Endposition am Lenkwellenrotor 84 nahezu deckungsgleich oder nur mit geringem Versatz zueinander angeordnet, um eine ideale Kämmung zu ermöglichen.the 8th shows schematically the meshing of the steering shaft rotor 84 with the rotor 52, which has a first single gear 54 and a second single gear 56. The first individual gear wheel 54 is arranged clamped to the second individual gear wheel 56 via a spring force element (not shown here). The offset representation of the individual gears 54, 56 in 8th should make that clear. In the real implementation, the individual gears 54, 56 would be arranged almost congruently in the end position on the steering shaft rotor 84 or only slightly offset from one another in order to enable ideal meshing.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Rotor (Stand der Technik)Rotor (prior art)
1212
erstes Einzelzahnrad (Stand der Technik)first single gear (state of the art)
1414
zweites Einzelzahnrad (Stand der Technik)second single gear (state of the art)
1616
Zahn (Stand der Technik)Tooth (prior art)
1818
Federkraftelement, Ringfeder (Stand der Technik)Spring force element, ring spring (state of the art)
2020
Lenkwinkelsensor (Stand der Technik)Steering angle sensor (state of the art)
2222
Gehäusedeckel, Leiterplatte, Gehäuse (Stand der Technik)Housing cover, printed circuit board, housing (state of the art)
2424
Hall-Sensor (Stand der Technik)Hall sensor (state of the art)
2626
Gehäuseelement, Gehäuse (Stand der Technik)Housing element, housing (prior art)
2828
Hülsenbereich (Stand der Technik)Sleeve area (state of the art)
3030
Führungsbereich (Stand der Technik)Management area (state of the art)
3232
ringförmige Aufnahme (Stand der Technik)ring-shaped recording (state of the art)
3434
Aussparung (Stand der Technik)recess (state of the art)
XX
Winkel (Stand der Technik)angle (prior art)
5050
Lenkwinkelsensorsteering angle sensor
5252
Rotorrotor
5454
erstes Einzelzahnradfirst single gear
5656
zweites Einzelzahnradsecond single gear
5858
Federkraftelement, RingfederSpring force element, ring spring
6060
ZahnTooth
6262
Schaftshaft
6464
Durchgangsöffnungpassage opening
6666
Federbeinstrut
6868
Gehäuseelement, Gehäusehousing element, housing
7070
Gehäusedeckel, Leiterplatte, GehäuseHousing cover, circuit board, housing
7272
Hall-Sensor, AuswerteelektronikHall sensor, evaluation electronics
7474
Bohrungdrilling
7676
Lagerelement, Lagerstiftbearing element, bearing pin
7878
Innenbohrunginner bore
8080
Lenkvorrichtungsteering device
8282
Lenkwellesteering shaft
8484
Lenkwellenrotorsteering shaft rotor

Claims (12)

Lenkwinkelsensor (50) für ein Fahrzeug mit einem Rotor (52), der derart in dem Fahrzeug montierbar ist, dass er durch eine Drehung eines Lenkrads des Fahrzeugs über einen damit verbundenen Lenkwellenrotor (84) in Rotation versetzt wird, wobei der Rotor (52) ein erstes und ein zweites Einzelzahnrad (54, 56) aufweist, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind, wobei das zweite Einzelzahnrad (56) konzentrisch zu dem ersten Einzelzahnrad (54) gehalten und relativ zu dem ersten Einzelzahnrad (54) verdrehbar ist, wobei der Rotor (52) ein Federkraftelement (58) aufweist, welches das erste und das zweite Einzelzahnrad (54, 56) in Umfangsrichtung gegeneinander vorspannt, und wobei der Lenkwinkelsensor (50) ein Gehäuseelement (68) aufweist, wobei das erste Einzelzahnrad (54) einen Schaft (62) aufweist, mit dem das erste Einzelzahnrad (54) an dem Gehäuseelement (68) drehbar gelagert ist und das zweite Einzelzahnrad (56) drehbar auf dem Schaft (62) gehalten ist, wobei das erste und/oder das zweite Einzelzahnrad (54, 56) einen Schnappmechanismus aufweist, mit dem das erste und das zweite Einzelzahnrad (54, 56) aneinander montierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einzelzahnrad (54) ein Magnetzahnrad ist, und das zweite Einzelzahnrad (56) in axialer Richtung mit dem Schnappmechanismus abschließt, wobei der Schnappmechanismus eine Mehrzahl von Federbeinen (66) sowie eine korrespondierende Schnappkulisse in Form einer Aussparung aufweist.Steering angle sensor (50) for a vehicle with a rotor (52) which can be mounted in the vehicle in such a way that it is rotated by rotation of a steering wheel of the vehicle via a steering shaft rotor (84) connected thereto, the rotor (52) has a first and a second single gear (54, 56) which are rotatably mounted about a common axis of rotation, the second single gear (56) being held concentrically to the first single gear (54) and being rotatable relative to the first single gear (54), wherein the rotor (52) has a spring force element (58) which prestresses the first and the second individual gear wheel (54, 56) against one another in the circumferential direction, and wherein the steering angle sensor (50) has a housing element (68), the first individual gear wheel (54 ) has a shaft (62) with which the first single gear (54) is rotatably mounted on the housing element (68) and the second single gear (56) is held rotatably on the shaft (62), the first and/or he the second single gear (54, 56) has a snap mechanism with which the first and the second single gear (54, 56) can be mounted on one another, characterized in that the first single gear (54) is a magnetic gear, and the second single gear (56 ) terminates in the axial direction with the snap mechanism, the snap mechanism having a plurality of Has spring legs (66) and a corresponding snap link in the form of a recess. Lenkwinkelsensor (50) nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelsensor (50) ein magnetischer Lenkwinkelsensor (50) ist, die Auswerteelektronik (72) einen Hall-Sensor (72) aufweist, und der Rotor (52) wenigstens ein Magnetelement aufweist, welches mit dem Rotor (52) drehbar ist.Steering angle sensor (50) according to the preceding one claim 1 , characterized in that the steering angle sensor (50) is a magnetic steering angle sensor (50), the evaluation electronics (72) has a Hall sensor (72), and the rotor (52) has at least one magnetic element which is connected to the rotor (52) is rotatable. Lenkwinkelsensor (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelsensor (50) eine Leiterplatte (70) mit einer Auswerteelektronik (72) zur Bestimmung einer Rotation des Rotors (52) aufweist, die Leiterplatte (70) einen Gehäusedeckel (70) bildet oder als Teil eines Gehäusedeckels (70) ausgeführt ist, und der Rotor (52) in einem durch das Gehäuseelement (68) und den Gehäusedeckel (70) gebildeten Gehäuse (68, 70) gehalten ist.Steering angle sensor (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the steering angle sensor (50) has a printed circuit board (70) with evaluation electronics (72) for determining a rotation of the rotor (52), the printed circuit board (70) has a housing cover (70 ) forms or is designed as part of a housing cover (70), and the rotor (52) is held in a housing (68, 70) formed by the housing element (68) and the housing cover (70). Lenkwinkelsensor (50) nach dem vorhergehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (62) sich zwischen der Leiterplatte (70) und dem Gehäuseelement (68) erstreckt.Steering angle sensor (50) according to the preceding one claim 3 , characterized in that the shaft (62) extends between the circuit board (70) and the housing member (68). Lenkwinkelsensor (50) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einzelzahnrad (54) an seinem der Leiterplatte (70) zugewandten axialen Ende eine zentrisch angeordnete Bohrung (74) aufweist, und die Auswerteelektronik (72) innerhalb der Bohrung (74) angeordnet ist.Steering angle sensor (50) according to one of claims 3 until 4 , characterized in that the first single gear (54) has a centrally arranged bore (74) at its axial end facing the printed circuit board (70), and the evaluation electronics (72) are arranged within the bore (74). Lenkwinkelsensor (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (68) ein Lagerelement (76) aufweist, an dem das erste Einzelzahnrad (54) drehbar gelagert ist.Steering angle sensor (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing element (68) has a bearing element (76) on which the first individual toothed wheel (54) is rotatably mounted. Lenkwinkelsensor (50) nach dem vorhergehenden Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (76) als Lagerstift (76) ausgeführt ist, das erste Einzelzahnrad (54) eine mit dem Lagerstift (76) korrespondierende Innenbohrung (78) aufweist, und das erste Einzelzahnrad (54) mit seiner Innenbohrung (78) drehbar auf dem Lagerstift (76) gehalten ist.Steering angle sensor (50) according to the preceding one claim 6 , characterized in that the bearing element (76) is designed as a bearing pin (76), the first individual gear (54) has an inner bore (78) corresponding to the bearing pin (76), and the first individual gear (54) with its inner bore (78 ) is held rotatably on the bearing pin (76). Lenkwinkelsensor (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federkraftelement (58) als Ringfeder (58) ausgeführt und an dem ersten und/oder dem zweiten Einzelzahnrad (54, 56) gehalten ist.Steering angle sensor (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the spring force element (58) is designed as an annular spring (58) and is held on the first and/or the second individual toothed wheel (54, 56). Lenkwinkelsensor (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einzelzahnrad (56) eine zentrische Durchgangsöffnung (64) aufweist, mit dem das zweite Einzelzahnrad (56) auf dem Schaft (62) montiert ist.Steering angle sensor (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the second individual gear (56) has a central through-opening (64) with which the second individual gear (56) is mounted on the shaft (62). Lenkvorrichtung (80) mit einem Lenkrad, einer Lenkwelle (82), die rotationsfest mit dem Lenkrad verbunden ist, einem an der Lenkwelle (82) angebrachten Lenkwellenrotor (84), und einem Lenkwinkelsensor (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei der Lenkwellenrotor (84) mit dem Rotor (52) des Lenkwinkelsensors (50) kämmt.Steering apparatus (80) comprising a steering wheel, a steering shaft (82) non-rotatably connected to the steering wheel, a steering shaft rotor (84) attached to the steering shaft (82), and a steering angle sensor (50) according to any preceding Claims 1 until 9 , wherein the steering shaft rotor (84) meshes with the rotor (52) of the steering angle sensor (50). Lenkvorrichtung (80) nach dem vorhergehenden Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkvorrichtung (80) eine Mehrzahl Lenkwinkelsensoren (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 aufweist, die mit dem Lenkwellenrotor (84) der Lenkwelle (82) rotatorisch gekoppelt sind.Steering device (80) according to the preceding one claim 10 , characterized in that the steering device (80) has a plurality of steering angle sensors (50) according to any one of the preceding Claims 1 until 9 has, which are rotationally coupled to the steering shaft rotor (84) of the steering shaft (82). Fahrzeug mit einer Lenkvorrichtung (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 11.Vehicle with a steering device (80) according to one of the preceding ones Claims 10 until 11 .
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