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Die Erfindung betrifft ein Servolenksystem für ein Kraftfahrzeug und insbesondere eine Servolenkung mit einer Lenksäule, die gemäß einem verbesserten Rückwärtshub mittels eines durchgehenden induktiven Sensors zurückziehbar ist.
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Diese betrifft insbesondere ein Servolenkungssystem mit einer Lenksäule, die im Falle eines Unfalls zurückziehbar ist, um durch das Zurückziehen eine Energieabsorptionsfunktion bereitzustellen.
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Im Hinblick auf die Sicherheit und während eines Frontalaufpralls des Fahrzeugs, bewirkt ein solches Zurückziehen tatsächlich eine axiale Verschiebung des Lenkrads mit einer ermittelten Kraft oder einem Absorptionsgrad, um Schäden für den Fahrer zu begrenzen oder zu vermeiden. Diese axiale Verschiebung des Lenkrads erfolgt über einen ermittelten Rückwärtshub (auch Crash-Hub genannt), welcher der Rückzugslänge der Lenksäule entspricht, die das Lenkrad abstützt.
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Herkömmlicherweise umfasst ein solches Lenksystem eine Lenksäule, die Folgendes umfasst:
- - eine obere Welle und eine Zwischenwelle koaxial gemäß einer Hauptachse, die drehbar verbunden sind und relativ zueinander axial translatorisch bewegbar sind; und
- - ein oberes Rohr und ein unteres Rohr koaxial gemäß der Hauptachse, die drehbar verbunden sind und relativ zueinander axial translatorisch bewegbar sind, wobei die obere Welle drehbeweglich im Innern des oberen Rohrs montiert ist und mit dem oberen Rohr axial translatorisch verbunden ist.
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Dieses herkömmliche Lenksystem weist ferner ein Unterstützungsmodul mit einem Unterstützungsgetriebegehäuse, an dem das untere Rohr befestigt ist, das, zumindest teilweise im Unterstützungsgetriebegehäuse untergebracht, umfasst:
- - eine Ausgangswelle, die über einen Torsionsstab mit der Zwischenwelle drehfest verbunden ist;
- - ein Untersetzungsgetriebe mit einer Schneckenschraube, die von einem Unterstützungsmotor angetrieben wird und mit einem Schneckenrad ineinandergreift, das mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist;
- - eine Winkelmessvorrichtung, die zum Messen eines Torsionswinkels zwischen der Ausgangswelle und der Zwischenwelle eingerichtet ist, wobei die Winkelmessvorrichtung einen induktiven Sensor und zwei Ziele umfasst, die auf jeder Seite des induktiven Sensors gemäß der Hauptachse angeordnet sind, wobei die Ziele ein oberes Ziel, das um die Zwischenwelle befestigt ist, und ein unteres Ziel umfassen, das um die Ausgangswelle befestigt ist;
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Während eines Unfalls prallt der Brustkorb des Fahrers auf das Lenkrad, das an einem oberen Ende der oberen Welle abgestützt ist. Somit drückt das von Brustkorb des Fahrers getroffene Lenkrad die obere Welle in einer Rückwärtsbewegung gemäß der Hauptachse zurück. Diese obere Welle ist durch eine Verschiebeverbindung mit der Zwischenwelle verbunden, in Bezug auf die diese befestigt ist, und diese obere Welle ist mit dem oberen Rohr verbunden, wodurch deren Drehführung ermöglicht wird. Während des Unfalls wird das obere Rohr wiederum in einer Rückwärtsbewegung gemäß der Hauptachse gedrückt und verschiebt sich relativ zum unteren Rohr, das wiederum fixiert ist. Somit werden die obere Welle und das obere Rohr gemäß der Hauptachse bis zu einem Endanschlag gedrückt, sodass der bis zu diesem Endanschlag erfolgte Hub den Rückwärtshub darstellt.
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Herkömmlicherweise ist der Endanschlag, der den Hub des Oberrohrs begrenzt, am Unterrohr, entweder am Innenumfang des Unterrohrs, falls sich das Oberrohr innerhalb des Unterrohrs befindet, oder am Außenumfang des Unterrohrs, falls sich das obere Rohr außerhalb des unteren Rohrs, oder innerhalb oder außerhalb des unteren Rohrs angeordnet. Es kann auch in Betracht gezogen werden, einen Endanschlag an der Zwischenwelle zum Begrenzen des Hubs der oberen Welle vorzusehen.
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Dadurch wird der Rückwärtshub durch eine Teleskopbewegung der Lenksäule sichergestellt. Herkömmlicherweise ist die Ausgangslänge des Lenksystems, gemessen gemäß der Hauptachse, durch den Abstand gemäß der Hauptachse zwischen dem oberen Ende der oberen Welle (nachstehend Punkt V1) und dem unteren Ende der Ausgangswelle (nachfolgend der Punkt V2) gekennzeichnet. Während eines Unfalls nähert sich der Punkt V1 dem Punkt V2, wobei sich die obere Welle (wie oben erläutert) zurückbewegt, und der Punkt V2 fixiert ist (die Ausgangswelle im Untersetzungsgetriebegehäuse translatorisch fixiert und mit der Zahnstange verbunden ist). Somit nähert sich der Punkt V1 dem Punkt V2 um eine dem Rückwärtshub entsprechende Länge. Die verschiedenen Elemente der Lenksäule, die zwischen dem Punkt V1 und dem Punkt V2 aufeinander folgen, ermöglichen einen sehr großen Rückwärtshub.
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Ausgehend vom Punkt V2 liegt das Untersetzungsgetriebe, das eine nicht komprimierbare Länge aufweist, dann das Winkelmessgerät, das ebenfalls eine nicht komprimierbare Länge aufweist, und daran anschließend bis zum Punkt V1 die Anordnung, die aus der mit der oberen Welle verbundenen Zwischenwelle und dem mit dem oberen Rohr verbundenen unteren Rohr gebildet ist, wobei die obere Welle und die Zwischenwelle relativ zueinander axial translatorisch bewegbar sind und das obere Rohr und das untere Rohr gleichermaßen relativ zueinander axial translatorisch bewegbar sind.
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Somit verschiebt sich oder schiebt sich nur ein Teil der Lenksäule ineinander, um den Rückwärtshub zurückzulegen. Die obere Welle und die Zwischenwelle sowie das Oberrohr und das Unterrohr verschieben sich jedoch nicht über deren jeweiligen gesamten Längen, damit eine gewisse Steifigkeit der Lenksäule gewährleistet ist. Die überlappenden Längen zwischen der oberen Welle und der Zwischenwelle, sowie zwischen dem oberen Rohr und dem unteren Rohr, hängen von deren jeweiligen Durchmessern ab, liegen jedoch üblicherweise im Bereich von 40 bis 60 Millimetern.
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In Bezug auf das Winkelmessgerät umfasst dieses den induktiven Sensor, der zwischen zwei Zielen, die aus einem elektrisch leitenden Material, im Allgemeinen einem metallischen Material, hergestellt sind, die einerseits auf der Ausgangswelle, das andererseits auf der Zwischenwelle angeordnet sind und die das Messen des relativen Winkels zwischen den beiden Zielen und damit zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle durch den induktiven Sensor ermöglichen. Durch das Messen dieses Winkels ist es daraufhin möglich, das vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Drehmoment als Produkt der Steifigkeit des Torsionsstabs und des gemessenen Winkels zu berechnen. Zwischen den Zielen wird ein induzierter Strom erzeugt, und der zwischen den beiden Zielen angeordnete induktive Sensor ermöglicht die Messung des Winkels nach einem bekannten Prinzip.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Rückwärtshub zu vergrößern, um die Sicherheit des Fahrers durch eine vergrößerte Rückwärtsbewegung des Lenkrads während eines Unfalls zu verbessern, bei dem der Fahrer auf das Lenkrad prallt.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer technischen Lösung, die den Rückwärtshub vergrößert, ohne die Funktionsweise des Lenksystems zu verändern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Servolenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Hierzu stellt die Erfindung ein Servolenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenksäule bereit, die zwischen einer Verwendungskonfiguration und einer zurückgezogenen Konfiguration konfigurierbar ist, wobei diese Lenksäule Folgendes umfasst:
- - eine obere Welle und eine Zwischenwelle koaxial gemäß einer Hauptachse, die drehbar verbunden und relativ zueinander axial translatorisch bewegbar sind; und
- - ein oberes Rohr und ein unteres Rohr koaxial gemäß der Hauptachse, die drehbar verbunden und relativ zueinander axial translatorisch bewegbar sind, wobei die obere Welle drehbeweglich im Innern des oberen Rohrs montiert ist und mit dem oberen Rohr axial translatorisch bewegbar verbunden ist, und wobei das obere Rohr im Innern des unteren Rohrs montiert ist;
wobei dieses Servolenksystem ferner ein Unterstützungsmodul mit einem Untersetzungsgetriebegehäuse aufweist, an dem das untere Rohr befestigt ist und, zumindest teilweise im Untersetzungsgetriebegehäuse untergebracht, umfasst:
- - eine Ausgangswelle die über einen Torsionsstab mit der Zwischenwelle (21) drehfest verbunden ist;
- - ein Untersetzungsgetriebe mit einer Schneckenschraube, die von einem Unterstützungsmotor angetrieben wird und mit einem Schneckenrad ineinandergreift, das mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist;
- - eine Winkelmessvorrichtung, die zum Messen eines Torsionswinkels zwischen der Ausgangswelle und der Zwischenwelle eingerichtet ist, wobei die Winkelmessvorrichtung einen induktiven Sensor und zwei Ziele umfasst, die auf jeder Seite des induktiven Sensors gemäß der Hauptachse angeordnet sind, wobei die Ziele ein oberes Ziel, das um die Zwischenwelle befestigt ist, und ein unteres Ziel umfassen, das um die Ausgangswelle befestigt ist;
wobei das Servolenkungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass der induktive Sensor an einem stationären ringförmigen Träger montiert ist, der aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und sich im Innern des Untersetzungsgetriebegehäuses rund um die Zwischenwelle oder die Ausgangswelle erstreckt, wobei dieser ringförmige Träger am Untersetzungsgetriebegehäuse montiert ist, und dieser ringförmige Träger eine zentrale Öffnung umfasst, die von der Zwischenwelle oder der Ausgangswelle durchquert wird und dimensioniert ist, um das obere Rohr während des Wechsels von der Verwendungskonfiguration in die zurückgezogene Konfiguration passieren zu lassen, wobei dem unteren Rohr intern ein Endanschlag entzogen ist, der zum Stoppen des oberen Rohrs während des Wechsels von der Verwendungskonfiguration in die zurückgezogene Konfiguration eingerichtet ist.
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Bei einem Unfall wechselt die Lenksäule somit von der Verwendungskonfiguration in die zurückgezogene Konfiguration, wobei die obere Welle und das obere Rohr in einer axialen Rückwärtsbewegung (oder Rückzugsbewegung) gemäß der Hauptachse zusammengedrückt werden. Während dieser axialen Rückwärtsbewegung bewegt sich das obere Rohr durch den induktiven Sensor und dessen ringförmige Abstützung (was dank der Abmessungen seinerzentralen Öffnung möglich ist) in Richtung des Schneckenrads zurück.
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Somit kann das Oberrohr das Schneckenrad erreichen oder zumindest fast erreichen, wodurch eine Vergrößerung des Rückwärtshubs der Lenksäule ermöglicht wird.
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Hierbei sei angemerkt, dass während dieser axialen Rückwärtsbewegung vor dem Passieren des induktiven Sensors und dessen ringförmigen Trägers das obere Rohr auch das obere Ziel passieren muss, was insofern kein Problem darstellt, als die Axialkraft, die das obere Rohr während eines Unfalls auf dieses obere Ziel ausübt, groß genug ist (im Allgemeinen im Bereich von 100 bis 800 Newton liegt), sodass das obere Ziel die Rückwärtsbewegung des oberen Rohrs nicht verhindert.
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Gemäß einer bevorzugten Möglichkeit weist das obere Rohr ein unteres Ende auf, das in einem zweiten Abstand vom Schneckenrad angeordnet ist, und ein Endanschlag ist zum Stoppen der oberen Welle in der zurückgezogenen Konfiguration vorgesehen, wobei der Endanschlag in einem ersten Abstand von einem unteren Ende der oberen Welle, gemessen entlang der Hauptachse in der Verwendungskonfiguration, angeordnet ist, wobei der erste Abstand und der zweite Abstand innerhalb einer Spanne von 10 % äquivalent sind, wobei der größte aus dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand einem Rückwärtshub der Lenksäule entspricht.
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Während der axialen Rückwärtsbewegung bewegt sich die obere Welle in Richtung des Endanschlags somit um einen Abstand zurück, der im Wesentlichen dem ersten Abstand entspricht, und das obere Rohr bewegt sich um einen Abstand, der im Wesentlichen dem zweiten Abstand entspricht, in Richtung des Schneckenrads zurück. Demzufolge kann das obere Rohr (abhängig davon, ob der erste Abstand kleiner oder größer als der zweite Abstand ist) das Schneckenrad erreichen oder zumindest fast erreichen.
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In einem besonderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Endanschlag für die obere Welle an der Zwischenwelle oder an der Ausgangswelle vorgesehen.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist der Endanschlag für die obere Welle durch ein oberes Ende der Ausgangswelle gebildet, oder ist der Endanschlag alternativ an der Zwischenwelle vorgesehen und liegt, z. B. in Form einer Außenschulter, vor, die an einem Außenumfang der Zwischenwelle ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Anordnung des Endanschlags für die obere Welle an der Zwischenwelle oder an der Ausgangswelle beschränkt.
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Gemäß einer bevorzugten Möglichkeit weist das obere Rohr einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser auf, und die zentrale Öffnung weist eine kreisförmige Form mit einem Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser des oberen Rohrs ist.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das obere Ziel eine oder mehrere Bruchstelle(n) auf, um einen Bruch des oberen Ziels auszulösen, wenn sich das obere Rohr dagegen zurückbewegt, und lässt somit das obere Rohr durch den induktiven Sensor und dessen ringförmigen Träger passieren.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal ist/sind die Bruchstelle(n) durch Öffnungen gebildet, die das obere Ziel durchqueren.
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Der ringförmige Träger ist bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, das z. B. ein Kunststoffmaterial, wie z. B. ein verstärktes Kunststoffmaterial (aus Polyamid oder Polybutylenterephthalat oder Polyphenylensulfon oder anderen technischen Thermoplasten, oder einem duroplastischen Epoxid-, Polyurethan-Material..., das mit Glas-, Kohlenstoff-, Aramidfasern oder einer Kombination dieser Fasern verstärkt ist) ist.
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Gemäß einer bevorzugten Möglichkeit weist der ringförmige Träger einen Außenring auf, der um den induktiven Sensor angeordnet ist und am Untersetzungsgetriebegehäuse montiert ist.
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Somit wird der ringförmige Träger vom Untersetzungsgetriebegehäuse abgestützt, und dieser ringförmige Träger kann in seiner Drehung unter Verwendung von Formen rund um das Verbindungskabel blockiert werden, das den induktiven Sensor mit einer Steuereinheit und einer Stromversorgung verbindet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Möglichkeit ist der Außenring des ringförmigen Trägers direkt am Untersetzungsgetriebegehäuse montiert, oder ist an einer am unteren Rohr befestigten Unterplatte montiert und am Untersetzungsgetriebegehäuse befestigt, oder ist an einem Boden einer Befestigungshülse montiert, die am Untersetzungsgetriebegehäuse befestigt ist, wobei die Befestigungshülse eine Buchse umfasst, die am Boden befestigt ist und in deren Innern das untere Rohr befestigt ist.
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Dieser Außenring kann tatsächlich direkt am Untersetzungsgetriebegehäuse in einem Zapfen montiert sein, der sich um die Zwischenwelle oder die Ausgangswelle erstreckt, oder dieser Außenring kann alternativ an einer Unterplatte des Unterrohrs montiert sein, die in den oben genannten Zapfen passt (wobei diese Unterplatte des Unterrohrs am Untersetzungsgetriebegehäuse befestigt ist), oder dieser Außenring kann alternativ am Boden der Befestigungshülse montiert sein, die in den oben genannten Zapfen passt (wobei das untere Rohr an der Buchse dieser Befestigungshülse befestigt ist).
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Möglichkeit ist der induktive Sensor im Innern des ringförmigen Trägers angeformt oder am ringförmigen Träger montiert.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Schneckenrad bevorzugt einen Kern aus einem Kunststoffmaterial um die Ausgangswelle, und das untere Ziel ist an einer oberen Seitenfläche des Kerns befestigt.
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Für eine ordnungsgemäße Funktion der Winkelmessvorrichtung mit einem induktiven Sensor ist es erforderlich, die Ziele elektrisch gegen jedes nennenswerte Metallgewicht zu isolieren, das die zwischen jedem Ziel und dem induktiven Sensor induzierten Ströme beeinträchtigen könnte. Normalerweise ist es bei einem metallischen Schneckenrad wichtig, einen Mindestabstand (gemäß der Hauptachse) zwischen dem unteren Ziel (dem auf der Schneckenradseite) und dem Schneckenrad, im Allgemeinen zwischen 5 und 20 Millimetern, einzuhalten, um zu verhindern, dass das Schneckenrad die zwischen dem unteren Ziel und dem induktiven Sensor induzierten Ströme stört.
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Durch den Vorschlag, das untere Ziel auf das obere Ziel zu drücken oder das untere Ziel in die obere Seitenfläche eines Kunststoffkerns des Schneckenrads zu integrieren, ermöglicht dieses erste Ausführungsbeispiel den oben genannten Mindestabstand zwischen 5 und 20 Millimetern beim Rückwärtshub zu erreichen, wobei zu berücksichtigen ist, dass es der Kunststoffkern, der notwendigerweise elektrisch isolierend ist, ermöglicht, die zwischen dem unteren Ziel und dem induktiven Sensor induzierten Ströme nicht zu beeinträchtigen. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass das Schneckenrad mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist, sodass sich das untere Ziel mit der Ausgangswelle dreht und somit dieses untere Ziel seine Funktion der Markierung der Drehung der Ausgangswelle im Zusammenhang mit der Winkelmesseinrichtung ordnungsgemäß erfüllt.
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Das untere Ziel ist an der oberen Seitenfläche des Kerns durch Kleben oder Schweißen (notwendigerweise ohne Verwendung eines metallischen Materials), oder durch Einklipsen, oder Einrast-Crimpen, oder durch Anformen oder Verschrauben befestigt.
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Alternativ wird das untere Ziel an der oberen Seitenfläche des Kerns durch eine Metallabscheidung über der oberen Seitenfläche befestigt.
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Diese metallische Abscheidung, die das untere Ziel bildet, erfolgt z. B. durch Heißprägen mit einer von einer Trägerschicht getragenen metallischen Schicht, oder durch eine selektive Metallisierung der oberen Seitenfläche des Kerns.
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Eine Heißprägung besteht darin, auf der oberen Seitenfläche eine Metallschicht, die von einer Trägerschicht getragen wird, mithilfe eines Heizwerkzeugs aufzubringen, das im Relief das Muster des unteren Ziels aufweist, wobei dieses Heizwerkzeug dazu dient, einen Druck auf die Metallschicht auszuüben, die auf der oberen Seitenfläche angeordnet ist. Beim Kontakt mit der Temperatur des Heizwerkzeugs und dem ausgeübten Druck wird die Metallschicht auf die obere Seitenfläche zum Bilden des Ziels übertragen. Die Vorteile einer solchen Heißprägung gliedern sich in reduzierte Kosten und eine hohe Präzision.
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Eine selektive Metallisierung besteht darin, eine Maske über der oberen Seitenfläche anzubringen und eine metallische Abscheidung, im Allgemeinen unter Vakuum und z. B. durch Sprühen oder einen Ansatz, aufzutragen, deren Konturen durch die Maske definiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Variante weist das untere Ziel eine Dicke zwischen 100 und 300 Mikrometern auf.
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Gemäß einer bevorzugten Variante ist das untere Ziel aus einem metallischen Werkstoff, wie z.B. Aluminium, Stahl, Kupfer, Eisen oder einer Metalllegierung, gebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Variante weist der Kern einen Rand aus einem Kunststoffmaterial und einen Zahnkranz aus einem rund um den Rand (35) angeformten Kunststoffmaterial auf, und das untere Ziel ist am Rand und/oder am Kranz befestigt.
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Das Ausbilden eines solchen Kerns aus einem Kunststoffmaterial mit einem Rand und einem Zahnkranz ist z. B. aus den Dokumenten
EP2952321 ,
EP3155296 und
EP3134246 bekannt, die alle ein Anformverfahren betreffen, das darin besteht, mit einem ersten Kunststoffmaterial einen kranzförmigen Rand über die Ausgangswelle anzuformen, und danach diesen Rand mit einem zweiten Kunststoffmaterial zu umhüllen, wobei ein Kranz gebildet wird, an dessen Umfang dann Zähne ausgebildet sind, die zum Ineinandergreifen mit der Schneckenschraube des Untersetzungsgetriebes bestimmt sind.
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Die für den Kern verwendeten Kunststoffmaterialien sind z. B. Polyamid, Poly(butylterephthalat) oder Polypropylen, die mit Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern oder einer Kombination davon verstärkt sind.
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In einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das untere Ziel in einem Mindestabstand ungleich Null, gemessen entlang der Hauptachse in der Verwendungskonfiguration, vom Schneckenrad angeordnet.
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Dieses zweite Ausführungsbeispiel kann im speziellen Fall eines metallischen Schneckenrads in Betracht gezogen werden, sodass dieses das untere Ziel nicht elektrisch stört.
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Sobald das obere Rohr den induktiven Sensor in diesem zweiten Ausführungsbeispiel überquert hat, ist dieses frei, um das untere Ziel zu erreichen und vorzugsweise dieses untere Ziel zu durchqueren, um das Schneckenrad zu erreichen.
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In diesem zweiten Ausführungsbeispiel weist das untere Ziel vorteilhafterweise eine oder mehrere Bruchstelle(n) auf, um einen Bruch des unteren Ziels auszulösen, wenn sich das obere Rohr gegen das letztgenannte zurückbewegt und somit das obere Rohr in Richtung des Schneckenrads passieren lässt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines nicht einschränkenden Implementierungsbeispiels offensichtlich, die mit Bezug auf die beigefügten Figuren erstellt wurde; darin zeigt:
- 1 eine schematische Axialschnittansicht eines ersten erfindungsgemäßen Lenksystems;
- 2 eine schematische Ansicht, die einen Teil des ersten Lenksystems von 1, zentriert auf die Winkelmessvorrichtung, vergrößert veranschaulicht;
- 3 eine schematische Ansicht, die der von 2 entspricht, die einen Teil eines zweiten erfindungsgemäßen Lenksystems, zentriert auf die Winkelmessvorrichtung, vergrößert veranschaulicht;
- 4 eine schematische Ansicht der um die Ausgangswelle und die Zwischenwelle montierten Baugruppe aus Schneckenrad und Winkelmessvorrichtung des ersten Lenksystems der 1 und 2, oder des zweiten Lenksystems von 3;
- 5 eine schematische Perspektiv- und Explosionsansicht der Baugruppe aus Schneckenrad und Winkelmessgerät, wobei das Schneckenrad durch Anformen in die Ausgangswelle integriert ist.
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Mit Bezug auf 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Servolenkungssystem 1 eine Lenksäule 2, die mit einem Unterstützungsmodul 3 verbunden ist.
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Die Lenksäule 2 ist die eines teleskopischen zurückziehbaren Typs und als solche zwischen einer Verwendungskonfiguration und einer zurückgezogenen Konfiguration (während eines Unfalls) konfigurierbar.
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Diese Lenksäule 2 umfasst:
- - eine obere Welle 20 und eine Zwischenwelle 21 koaxial gemäß einer Hauptachse AP, wobei die obere Welle 20 und die Zwischenwelle 21 drehbar verbunden sind und axial (gemäß der Hauptachse AP) relativ zueinander translatorisch bewegbar sind; und
- - ein oberes Rohr 22 und ein unteres Rohr 23 koaxial gemäß der Hauptachse AP, wobei das obere Rohr 22 und das untere Rohr 23 drehbar verbunden sind und axial (gemäß der Hauptachse AP) relativ zueinander translatorisch bewegbar sind, und wobei die obere Welle 20 drehbeweglich im oberen Rohr 22 montiert ist und mit dem oberen Rohr 22 axial translatorisch verbunden ist.
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Das obere Rohr 22 und die obere Welle 20 bilden den oberen Abschnitt der Lenksäule 2, wobei die obere Welle 20 ein oberes Ende 201 (das den vorgenannten Punkt V1 bildet) aufweist, an dem ein Lenkrad (nicht dargestellt) montiert ist. Ein Lager 24 ist zwischen dem oberen Rohr 22 und der oberen Welle 20 in Höhe eines oberen Endes 221 des oberen Rohrs 22 zum Führen der Drehung der oberen Welle 20 im Innern des oberen Rohrs 22 vorgesehen. Dieses obere Rohr 22 weist auch ein unteres Ende 222 gegenüber dem oberen Ende 221 auf.
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Das untere Rohr 23 und die Zwischenwelle 21 bilden den unteren Abschnitt der Lenksäule 2, wobei das untere Rohr 23 ein unteres Ende 232 aufweist, das am Unterstützungsmodul 3, und insbesondere an einem Untersetzungsgetriebegehäuse 30, befestigt ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist das untere Rohr 23 mit seinem unteren Ende 232, das an einer Unterplatte 233 befestigt ist, am Unterstützungsmodul 3 (und insbesondere am nachstehend beschriebenen Untersetzungsgetriebegehäuse 30), z. B. durch Verschrauben, befestigt, wobei diese Unterplatte 233 in einen zylindrischen oberen Zapfen 300 des Untersetzungsgetriebegehäuses 30 pressgepasst ist, das sich rund um die Zwischenwelle 21 erstreckt, und diese Unterplatte 233 mit einer zentralen Öffnung versehen ist, die von der Zwischenwelle 21 durchquert wird.
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In der Variante von 3 ist das untere Rohr 23 an einer Befestigungshülse 5 befestigt, umfassend:
- - eine Buchse 50 (mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form), an der das untere Rohr 23 befestigt ist, wobei das untere Rohr 23 in diese Buchse 50 pressgepasst ist, und
- - einen Boden 51, der an der Buchse 50 befestigt ist, wobei dieser Boden 51 z. B. durch Verschrauben am Untersetzungsgetriebegehäuse 30 befestigt ist, wobei dieser Boden 51 in einen zylindrischen oberen Zapfen 300 des Untersetzungsgetriebegehäuses 30 pressgepasst ist, der sich um die Zwischenwelle 21 erstreckt, und dieser Boden 51 mit einer zentralen Öffnung versehen ist, die von der Zwischenwelle 21 durchquert wird.
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Die obere Welle 20 weist ein unteres Ende 202 auf, das durch eine Verschiebeverbindung gemäß der Hauptachse AP mit einem oberen Ende 211 der Zwischenwelle 21 verbunden ist, an der sie befestigt ist. Das obere Rohr 22 ist durch eine Verschiebeverbindung gemäß der Hauptachse AP mit dem unteren Rohr 23, an dem es befestigt ist, mit dem oberen Rohr 22 verbunden, das im Innern des unteren Rohrs 23 montiert ist (und in diesem Fall befindet sich das obere Rohr 22 im Innern des unteren Rohrs 23).
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Darüber hinaus ist dem unteren Rohr 23 im Innern ein Endanschlag entzogen, der zum Stoppen des oberen Rohrs 22 während des Wechsels von der Verwendungskonfiguration in die zurückgezogene Konfiguration, d. h. während seiner Rückwärtsbewegung, ausgelegt ist.
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In den dargestellten Beispielen weist das untere Rohr 23 zwischen dem unteren Ende 222 des oberen Rohrs 22 und dem unteren Ende 232 des unteren Rohrs 23 einen konstanten Innenabschnitt, d. h. mit einem konstanten Durchmesser ohne irgendeinen inneren Vorsprung auf, sodass sich das untere Ende 222 des oberen Rohrs 22 (im Falle eines Zurückziehens) im Innern des unteren Rohrs 23 bis zum Erreichen der Innenseite des nachstehend beschriebenen Untersetzungsgetriebegehäuses 30 verschieben kann.
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Das Unterstützungsmodul 3 weist das Untersetzungsgetriebegehäuse 30 auf, an dem das untere Rohr 23 (und insbesondere die am unteren Rohr 23 befestigte Unterplatte 233) befestigt ist, und dieses Unterstützungsmodul 3 umfasst, zumindest teilweise im Untersetzungsgetriebegehäuse 30 untergebracht:
- - eine Ausgangswelle 31 (auch Ritzel genannt), die über einen Torsionsstab 32 mit der Zwischenwelle 21 drehfest verbunden ist;
- - ein Untersetzungsgetriebe mit einer Schneckenschraube 33, die von einem Unterstützungsmotor (nicht dargestellt) angetrieben wird und mit einem Schneckenrad 34 ineinandergreift, das mit der Abtriebswelle 31 drehfest verbunden ist;
- - eine Winkelmessvorrichtung 4, die zum Messen eines Torsionswinkels zwischen der Abtriebswelle 31 und der Zwischenwelle 21 ausgelegt ist.
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Die Ausgangswelle 31 weist ein oberes Ende 311 auf, das mit einem unteren Ende 212 der Zwischenwelle 21 über den Torsionsstab 32 drehfest verbunden ist. Die Ausgangswelle 31 weist ein unteres Ende 312 auf (das den vorgenannten Punkt V2 bildet) und auf dessen Höhe ein Ritzel 313 vorgesehen ist, das mit einer Zahnstange (nicht dargestellt) in Eingriff steht; wobei eine solche Zahnstange mit zwei Enden versehen ist, die zum Verbinden mit entsprechenden Spurstangen bestimmt sind, die ihrerseits mit radseitigen Kugelgelenkgehäusen verbunden sind, die jeweils den rechten und linken gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind.
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Somit kann ein zusätzliches Motordrehmoment (oder möglicherweise ein resistentes Dehmoment) auf die Ausgangswelle 31 und damit auf das mit der Zahnstange in Eingriff stehende Ritzel 313 übertragen werden, wobei dieses zusätzliche Drehmoment zum Drehmoment, das vom Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell auf das mit der Lenksäule 2 verbundene Lenkrad ausgeübt wird, addiert wird.
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Die Ausgangswelle 31 ist um die Hauptachse AP im Innern des Untersetzungsgetriebegehäuses 30 mittels zumindest eines Lagers 38 drehbar montiert, das vom Untersetzungsgetriebegehäuse 30 angestützt wird.
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Im Falle eines Unfalls bewegt sich die obere Welle 20 durch Verschieben entlang der Zwischenwelle bis zum Erreichen eines Endanschlags zurück, der in einem ersten Abstand D1 vom unteren Ende 202 der oberen Welle 20, gemessen entlang der Hauptachse AP in der Verwendungskonfiguration, angeordnet ist; wobei dieser Endanschlag ein Stoppen der oberen Welle 20 in der zurückgezogenen Konfiguration, d. h. während ihrer Rückwärtsbewegung im Falle eines Unfalls gewährleistet. Somit bewegt sich im Fall einer Rückwärtsbewegung die obere Welle 20 höchstens um diesen ersten Abstand D1 duch das Verschieben entlang der Zwischenwelle 21 zurück.
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In den dargestellten Beispielen wird dieser Endanschlag durch das obere Ende 311 der Abtriebswelle 31 gebildet. Die Zwischenwelle 21 ist mit ihrem Endanschlag allerdings im Innern der Ausgangswelle 31 montiert, und umschließt daher die Ausgangswelle 31 mit dem oberen Ende 311 der Ausgangswelle 31.
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In einer nicht dargestellten Variante ist dieser Endanschlag an der Zwischenwelle 21 vorgesehen und liegt z. B. in Form einer Außenschulter vor, die am Außenumfang der Zwischenwelle 21 ausgebildet ist.
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Das Schneckenrad 34 umfasst einen Kern, der aus einem Kunststoffmaterial um die Abtriebswelle 31 hergestellt ist, wobei das Schneckenrad 34 sodann in die Ausgangswelle 31 durch Anformen zumindest eines Kunststoffmaterials des Kerns über diese Ausgangswelle 31 integriert wird.
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Dieser Kern aus einem Kunststoffmaterial ist aus einem Rand 35 aus einem ersten Kunststoffmaterial, der eine Krone über und um die Abtriebswelle 31 bildet, und aus einem Zahnkranz 36 aus einem zweiten Kunststoffmaterial am Umfang des Rands 35 zusammengesetzt; wobei dieser Zahnkranz 36 den äußeren Abschnitt des Kerns des Schneckenrads 34 bildet, der mit der Schneckenschraube 33 ineinandergreift.
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Dieser Kern aus einem Kunststoffmaterial kann gemäß Anformverfahren hergestellt werden, die z.B. in den Dokumenten
EP2952321 ,
EP3155296 und
EP3134246 beschrieben sind, auf die für die Durchschnittsfachleute für weitere Einzelheiten sinnvollerweise verwiesen wird.
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Dieser Kern aus einem Kunststoffmaterial des Schneckenrads 34 weist zwei Seitenflächen 341, 342 auf, die einander gegenüberliegen und durch einen Außenumfang 343 verbunden sind, an dem Zähne ausgebildet sind, wobei diese Seitenflächen 341, 342 umfassen:
- - eine obere Seitenfläche 341, die der oberen Welle 20 und somit auch auf der Winkelmessvorrichtung 4 zugewandt ist; und
- - eine untere Seitenfläche 342, die dem Ritzel 313 zugewandt ist.
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Die Winkelmessvorrichtung 4 ist zumindest teilweise in dem Untersetzungsgetriebegehäuse 30 untergebracht und erstreckt sich um die Zwischenwelle 21 oder die Ausgangswelle 31, zumindest um einen unteren Abschnitt der Zwischenwelle 21 oder um einen oberen Abschnitt der Ausgangswelle 31, der im Innern des Untersetzungsgetriebegehäuses 30 untergebracht ist. Die Winkelmessvorrichtung 4 ist zwischen dem Schneckenrad 34 und dem unteren Rohr 23, und insbesondere zwischen dem Schneckenrad 34 und der Unterplatte 233 des unteren Rohrs 23, angeordnet.
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Diese Winkelmessvorrichtung 4 umfasst einen induktiven Sensor 40 und zwei Ziele 41, 42, die auf jeder Seite des induktiven Sensors 40 gemäß der Hauptachse AP angeordnet sind. Diese Ziele 41, 42 umfassen:
- - ein oberes Ziel 41, das um die Zwischenwelle 21 befestigt ist, sodass dieses obere Ziel 41 auf der dem induktiven Sensor 40 gegenüberliegenden Seite der oberen Welle 20 angeordnet ist;
- - ein unteres Ziel 42, das um die Ausgangswelle 31 befestigt ist, sodass dieses obere Ziel 41 auf der dem induktiven Sensor 40 gegenüberliegenden Seite des Schneckenrads 34 und des Ritzels 313 angeordnet ist.
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Diese Ziele 41, 42 sind jeweils drehfest mit der Zwischenwelle 21 und der Ausgangswelle 31 verbunden, und diese Ziele 41, 42 sind aus einem elektrisch leitenden Material, im Wesentlichen einem metallischen Material, hergestellt, sodass der induktive Sensor 40 ein Messen des relativen Winkels zwischen den beiden Zielen 41, 42 und somit zwischen der Zwischenwelle 21 und der Ausgangswelle 31 ermöglicht; zum Durchführen der Messung wird ein induzierter Strom zwischen den Zielen 41, 42 und dem induktiven Sensor 40 erzeugt.
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Somit ist der induktive Sensor 40 mit einem Verbindungskabel 43 verbunden, um den induktiven Sensor 40 mit einer Steuereinheit (z.B. einem Controller oder Prozessor) und mit einer elektrischen Leistungsversorgung mittels eines geeigneten Verbindungselements 44 verbunden.
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Diese Ziele 41, 42 können z. B. aus Stahlblech mit einer Dicke zwischen 0,5 und 5 Millimetern hergestellt sei. Gemäß 4 weisen diese Ziele 41, 42 z. B. die Form von Scheiben auf, die an deren Außenumfang mit einer Vielzahl von gezahnten Sektoren versehen sind.
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Somit ermöglicht diese Winkelmessvorrichtung 4 das Messen des relativen Winkels zwischen der Zwischenwelle 21 und der Abtriebswelle 31, und diese Messung kann in eine Steuereinheit eingegeben werden, die das vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Drehmoment als Produkt der Steifigkeit des Torsionsstabes und des gemessenen Winkels berechnen kann; wobei dieses Drehmoment dann zum Steuern des Unterstützungsmotors verwendet wird
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Der induktive Sensor 40 ist erfindungsgemäß an einem stationären ringförmigen Träger 49 montiert, der aus einem elektrisch isolierenden Material (wie z. B. Kunststoff) hergestellt ist und sich im Innern des Untersetzungsgetriebegehäuses 30 rund um die Zwischenwelle 21 oder die Ausgangswelle 31 erstreckt.
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Im dargestellten Beispiel ist der induktive Sensor 40 im Innern des ringförmigen Trägers 49 angeformt, und in einer nicht dargestellten Variante ist dieser induktive Sensor 40 am ringförmigen Träger 49 montiert.
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Dieser ringförmige Träger 49 weist einen Außenring 490 auf, der rund um den induktiven Sensor 40 angeordnet ist und im oberen Zapfen 300 des Untersetzungsgetriebegehäuses 30 montiert ist.
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Im dargestellten Beispiel ist der Außenring 490 durch Presspassen direkt im oberen Zapfen 300 des Untersetzungsgetriebegehäuses 30 montiert, und dieser Außenring 490 ist auf der einen Seite durch eine Innenschulter 301 (siehe 2), die im Reduziergehäuse 30 angrenzend an den oberen Zapfen 300 ausgebildet ist, und auf der anderen Seite durch die Unterplatte 233 axial blockiert.
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In einer nicht dargestellten Variante ist der Außenring 490 auf der Unterplatte 233 des unteren Rohrs 23 montiert.
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Diese ringförmige Stütze 49 wird von der Zwischenwelle 21 oder der Abtriebswelle 31 durchquert und weist als solche eine zentrale Öffnung 400 auf, die auf der Hauptachse AP zentriert und dimensioniert ist, um das obere Rohr 22 während des Umschaltens von der Verwendungskonfiguration in die zurückgezogene Konfiguration, mit anderen Worten während ihrer Rückwärtsbewegung passieren zu lassen.
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Das obere Rohr 22 weist insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser DE (dargestellt in den 2 und 3) auf, und die zentrale Öffnung 400 weist eine kreisförmige Form mit einem Innendurchmesser DI (dargestellt in 4) auf, der größer als der Außendurchmesser DE des oberen Rohrs 22 ist.
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Folglich sind der induktive Sensor 40 und der ringförmige Träger 49 durchgehend offen ausgeführt, sodass die Dicke der Baugruppe aus induktivem Sensor 40/ringförmigem Träger 49 für den Rückwärtshub des oberen Rohrs 22 zur Verfügung steht, und der Endanschlag des oberen Rohrs 22 im Wesentlichen das Schneckenrad 34 ist.
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Das obere Ziel 41 ist wiederum an der Zwischenwelle 21 befestigt und beeinträchtigt daher das obere Rohr 22 während dessen Rückwärtsbewegung nicht. Das obere Ziel 41 ist vorteilhafterweise so geformt, dass es jenseits einer vom oberen Rohr 22 ausgeübten axialen Schwellenkraft, die z. B. 100 Newton beträgt, schmelzbar oder zerbrechlich ist
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Um das Brechen des oberen Ziels 41 zu fördern, weist dieses obere Ziel 41 eine oder mehrere Bruchstelle(n), wie z. B. auseinanderziehbare oder zerreißbare Formen, auf, die in das obere Ziel 41 integriert sind. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die oder jede Bruchstelle die Form einer zerbrechlichen Linie, einer verdünnten Linie oder einer Linie von Öffnungen aufweisen, die das obere Ziel 41 durchqueren.
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Darüber hinaus kann das obere Ziel 41 durch Crimpen oder Presspassen oder Kleben oder Verschweißen an der Zwischenwelle 21 befestigt werden. Ungeachtet der Befestigungsmethode kann dieses so dimensioniert sein, dass es bei Kontakt mit dem oberen Rohr 22 abbricht.
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Zum Beispiel ermöglicht das Presspassen des oberen Ziels 41 auf die Zwischenwelle 21 durch Festziehen einen Rutschwiderstand von 5 auf 50 Newton in Abhängigkeit von der Dicke des oberen Ziels 41 zu erreichen, wenn das obere Rohr 22 bei einem Unfall eine Axialkraft von 100 bis 800 N ausüben würde, sodass das obere Ziel 41 die Rückwärtsbewegung des oberen Rohrs 22 nicht verhindert.
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Hierbei sei angemerkt, dass der induktive Sensor 40 und die Ziele 41, 42 im Wesentlichen kreisförmige Formen aufweisen, die zur Erfassung eines relativen Winkels zwischen den beiden Zielen 41, 42 geeignet sind.
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Der induktive Sensor 40 bettet eine gedruckte Schaltung ein, die insbesondere im Innern eines oder mehrerer Kunststoffteil(e), die den ringförmigen Träger 49 bilden, angeformt oder montiert ist, um von außen am Untersetzungsgetriebegehäuse 30 oder am unteren Rohr 23 befestigt zu werden. Dieses Anformen dieser Kunststoffteile schließt die gesamte oder einen Teil der gedruckten Schaltung des induktiven Sensors 40 ein, um diese vor Verschmutzungen, insbesondere Fett, welches das Schneckenrad 34 umgibt, zu schützen.
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Vorteilhafterweise ist das untere Ziel 42 an der oberen Seitenfläche 341 des aus einem Kunststoffmaterial hergestellten Kerns des Schneckenrads 34 befestigt. Dieses untere Ziel 42 ist, abhängig von den Abmessungen des Rands 35 und des Kranzes 36 an der oberen Seitenfläche, und abhängig von den Abmessungen (Innendurchmesser und Außendurchmesser) des unteren Ziels, am Rand 35 und/oder dem Kranz 36 befestigt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das untere Ziel 42 nur am Rand 35 befestigt, während in einer nicht dargestellten Variante das untere Ziel 42 sowohl am Rand 35 als auch am Kranz 36 befestigt sein kann, das heißt, dieses untere Ziel 42 erstreckt sich rittlings über den Rand 35 und den Kranz 36.
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Das untere Ziel 42 kann direkt am Schneckenrad 34 durch Kleben, Einklipsen, Verschweißen, Einrast-Crimpen, Verschrauben oder Anformen, oder durch irgendein anderes Verfahren befestigt werden, das eine sichere Verbindung ohne Zwischenraum zwischen dem unteren Ziel 42 und dem Schneckenrad 34, wie z. B. Heißprägen der oberen Seitenfläche 341 des Kerns mit einer Metallschicht, die von einer Trägerschicht getragen wird, oder eine selektive Metallisierung der oberen Seitenfläche 341 des Kerns, ermöglicht.
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Durch den Rückgriff auf ein Schneckenrad 34 mit einem Kern aus einem Kunststoffmaterial, und insbesondere mit einem Rand 35 und einem Kranz 36 aus einem Kunststoffmaterial, werden die elektrischen Wechselwirkungen und Störungen zwischen dem unteren Ziel 42 und dem Schneckenrad 34 unterbunden, und folglich ist das untere Ziel 42 am Schneckenrad 34 befestigt, was es ermöglicht, jedweden Abstand zwischen dem unteren Ziel 42 und dem Schneckenrad 34 zu unterbinden, was im Falle eines Unfalls zu einer Zunahme des Rückwärtshubs der oberen Welle 20 und des oberen Rohrs 22 führt.
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Das untere Ziel 42 weist eine zum induktiven Sensor 40 komplementäre Form, insbesondere durch einen dem induktiven Sensor 40 äquivalenten Durchmesser, auf, sodass eine optimale Funktionsweise des induktiven Sensors 40 gewährleistet ist. Dieses axial am Schneckenrad 34 befestigte untere Ziel 42 beeinträchtigt das obere Rohr 22 während dessen Rückwärtsbewegung nicht.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist das untere Ende 222 des oberen Rohrs 22 in einem zweiten Abstand D2 vom Schneckenrad 34 angeordnet, und der erste Abstand D1 und der zweite Abstand D2 sind innerhalb einer Spanne von 10 % äquivalent. Mit anderen Worten ist D1 = D2 ± 0,1 * D2, oder D2 = D1 ± 0,1 * D1.
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Somit entspricht der größte aus dem ersten Abstand D1 und dem zweiten Abstand D2 einem Rückwärtshub der Lenksäule 2.
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Außerdem prallt bei einem Unfall der Brustkorb des Fahrers auf das Lenkrad, wodurch sowohl die obere Welle 20 durch Verschieben über die Zwischenwelle 21 in eine Rückwärtsbewegung gemäß der Hauptachse AP, als auch das obere Rohr 22 durch Verschieben im Innern des unteren Rohrs 23 in eine Rückwärtsbewegung gemäß der Hauptachse AP gedrückt wird; wobei die obere Welle 20 und das obere Rohr 22 gemäß der Hauptachse AP über eine dem Rückwärtshub entsprechende maximale Distanz zusammengedrückt werden. Während dieser Rückwärtsbewegung bricht das obere Rohr 22 das obere Ziel 41 ab, passiert die zentrale Öffnung 400 des induktiven Sensors 40 und erreicht im Wesentlichen das Schneckenrad 34, und schlägt sogar am Schneckenrad an, wenn D2 größer oder gleich D1 ist, was zu einer Zunahme der Rückwärtsbewegung der Lenksäule 2 führt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2952321 [0044, 0070]
- EP 3155296 [0044, 0070]
- EP 3134246 [0044, 0070]
