DE102021108812A1

DE102021108812A1 - Vieleckprisma-torsionsstab

Info

Publication number: DE102021108812A1
Application number: DE102021108812.7A
Authority: DE
Inventors: Eric D. Pattok; Sai Saagar S. Adimulam
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2021-10-14
Also published as: US20210317889A1; CN113511256B; CN113511256A; US11965572B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein Torsionsstab, der einfach, rasch und kostengünstig herstellbar ist. Der Torsionsstab kann sich entlang einer Achse erstrecken und ein erstes Ende und ein zweites Ende, das von dem ersten Ende beabstandet ist, aufweisen. Der Torsionsstab kann einen aktiven Abschnitt aufweisen, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende positioniert ist. Der aktive Abschnitt kann auch eine Länge haben, die entlang der Achse definiert ist. Ein Querschnitt quer zu der Achse kann eine Kontur des Torsionsstabs definieren, wobei die Kontur entlang der Länge des aktiven Abschnitts gleichförmig sein kann. Die Kontur kann zumindest eine von einer vieleckigen und einer vieleckähnlichen Gestalt definieren.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 63/008,234, die am 10. April 2020 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Torsionsstab und konkreter einen Torsionsstab für eine Servolenkungsanordnung.
HINTERGRUND
Eine Servolenkungsanordnung eines Fahrzeugs kann eine servounterstützte Vorrichtung umfassen, die das Drehen eines Lenkrads durch einen Fahrzeuglenker erleichtert. Um die Funktion der Servolenkungsanordnung zu erreichen, kann es notwendig sein, einen Torsionsstab vorzusehen, der als eine Torsionsfeder mit einer Torsionssteifigkeit ausgestaltet ist, um das Messen eines Eingangsdrehmoments zu ermöglichen. In der Regel weisen solche Torsionsstäbe ein kreisförmiges Querschnittsprofil an einem mittleren Abschnitt auf. Darüber hinaus umfassen die Enden der Torsionsstäbe Kerbzähne oder eine Keilwellenverzahnung, die dazu ausgestaltet ist, eine Presspassung zwischen dem Torsionsstab und einer passenden Komponente zu ermöglichen. Die Prozesse, die erforderlich sind, um solche Torsionsstäbe mit einer angegebenen Rate, d. h., Federrate, und die kerbverzahnten Enden herzustellen, sind jedoch teuer und zeitaufwändig. Zurzeit umfasst die Herstellung solcher Torsionsstäbe viele Stufen. Dementsprechend ist es wünschenswert, einen Torsionsstab mit den gewünschten Torsionsfedereigenschaften auf günstigere und weniger zeitaufwändige Weise bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird eine Torsionsstabanordnung bereitgestellt, die einfach, rasch und kostengünstig herstellbar ist. Der Torsionsstab kann sich entlang einer Achse erstrecken und ein erstes Ende und ein zweites Ende, das von dem ersten Ende beabstandet ist, aufweisen. Der Torsionsstab kann einen aktiven Abschnitt aufweisen, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende positioniert ist. Der aktive Abschnitt kann auch eine Länge haben, die entlang der Achse definiert ist. Ein Querschnitt quer zu der Achse kann eine Kontur des Torsionsstabs definieren, wobei die Kontur entlang der Länge des aktiven Abschnitts gleichförmig sein kann. Die Kontur kann zumindest eine von einer vieleckigen und einer vieleckähnlichen Gestalt definieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird eine Fahrzeug-Lenksäulenanordnung bereitgestellt. Die Lenksäulenanordnung umfasst eine erste Lenksäulenkomponente und eine zweite Lenksäulenkomponente. Ein Torsionsstab kann zwischen der ersten Lenksäulenkomponente und der zweiten Lenksäulenkomponente angeordnet sein. Der Torsionsstab kann ein erstes Ende umfassen, das funktional mit der ersten Lenksäulenkomponente gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das von dem ersten Ende beabstandet ist und funktional mit der zweiten Lenksäulenkomponente gekoppelt ist. Der Torsionsstab kann einen aktiven Abschnitt umfassen, der zwischen dem ersten und zweiten Ende positioniert und damit einteilig sein kann, und der aktive Abschnitt hat eine Länge, die entlang der Achse definiert ist. Der Torsionsstab kann einen Querschnitt quer zu der Achse aufweisen, und der Querschnitt kann eine Kontur des Torsionsstabs definieren. Die Kontur ist entlang der Länge des aktiven Abschnitts gleichförmig, und die Kontur ist als zumindest eine von einer vieleckigen und einer vieleckähnlichen Gestalt definiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zur Bildung einer Torsionsstabanordnung bereitgestellt. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Rohmaterials umfassen. Das Verfahren kann das Bilden eines Roh-Torsionsstabs aus dem Rohmaterial umfassen, und wobei der Roh-Torsionsstab eine erste Länge und eine gleichförmige Kontur entlang der ersten Länge haben kann. Das Verfahren kann das Zuschneiden des Roh-Torsionsstabs umfassen, um einen Torsionsstab mit der gleichförmigen Kontur zu bilden, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Das Verfahren kann das Bilden von Abfasungen benachbart zu zumindest einem von dem ersten Ende und dem zweiten Ende umfassen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher werden.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, ist insbesondere in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung dargelegt und konkret beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Torsionsstabs.
2 ist eine Seitenansicht des Torsionsstabs.
3 ist ein perspektivische Teilansicht eines Endes des Torsionsstabs, die eine Abfasung an dem Ende veranschaulicht.
4 veranschaulicht verschiedene Beispiele für Ausgestaltungen des Querschnittsprofils des Torsionsstabs.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun bezugnehmend auf die Figuren, in welchen die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsformen ohne Einschränkung darauf beschrieben wird, sollte klar sein, dass die offenbarten Ausführungsformen rein zur Veranschaulichung der Erfindung dienen, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu; einige Merkmale können überskaliert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hierin offenbarten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern rein als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die vorliegende Erfindung auf andere Weise umzusetzen.
Unter Bezugnahme auf die FIG. ist ein Torsionsstab 22 für eine Lenksäule veranschaulicht. Speziell bezugnehmend auf 1 kann der Torsionsstab 22 mit einer Achse A konzentrisch ausgerichtet sein und sich entlang dieser erstrecken. Der Torsionsstab 22 weist ein erstes Ende 24 und ein zweites Ende 26 auf, das von dem ersten Ende 24 beabstandet ist. Das erste und das zweite Ende 24, 26 können als umlaufende Ränder oder als Seiten des Torsionsstabs 22 definiert werden. Wie durch die Elemente 24 und 26 in den FIG. identifiziert, sind das erste und das zweite Ende Seiten 24, 26. In einigen Ausführungsformen ist der Torsionsstab 22 eine einzelne, einteilig ausgebildete Komponente. Zum Beispiel kann der Torsionsstab 22 aus einem einteiligen Rohmaterial gebildet sein, das durch einen Ziehprozess, Extrusionsprozess oder einen Kaltformprozess geformt ist. Für den Fachmann sollten auch alternative Herstellungsprozesse klar sein, die zur Bildung des Torsionsstabs 22 geeignet sind.
Der Torsionsstab 22 weist einen aktiven Abschnitt 28 auf. Der aktive Abschnitt 28 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 24, 26 positioniert. Der aktive Abschnitt 28 hat eine Länge, die entlang der Achse A definiert ist. In einigen Ausführungsformen umfasst der aktive Abschnitt 28 die gesamte Länge des Torsionsstabs 28. In einigen Ausführungsformen umfasst der aktive Abschnitt 28 einen Teil der Länge des Torsionsstabs 28. Der aktive Abschnitt 28 ist der Teil des Torsionsstabs 22, der eine Torsionslast trägt und während der Betätigung der Lenksäule als eine Feder wirkt. Wenn er in das Lenkungssystem implementiert ist, kann das erste Ende 24 zum Beispiel von einem Handrad aufgenommen werden und damit gekoppelt sein, und das zweite Ende 26 kann von einem Handradaktor aufgenommen werden und damit gekoppelt sein. In solchen Beispielen erstreckt sich der aktive Abschnitt 28 zwischen dem Handrad und dem Handradaktor und trägt Torsionslasten, um eine relative Bewegung zwischen dem Handrad und dem Handradaktor zu veranlassen. Darüber hinaus kann der aktive Abschnitt 28 auch als eine Feder wirken, die einer relativen Drehung zwischen dem Handrad und dem Handradaktor widersteht.
Ein Querschnitt quer zu der Achse A definiert eine Kontur des Torsionsstabs 22. Die Kontur kann entlang der Länge des aktiven Abschnitts gleichförmig sein. In einigen Ausführungsformen kann die Kontur eine vieleckige Gestalt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Kontur eine vieleckähnliche Gestalt sein (z. B. in ähnlicher Weise geformt wie ein Vieleck, jedoch keine echte Vieleckform annehmen). Als ein Beispiel umfasst eine vieleckähnlich geformte Kontur in einigen Ausführungsformen abgerundete Schnittstellen der Ränder. Unter Bezugnahme auf 2-3 und in einigen Ausführungsformen kann die Kontur sechs (6) Ränder aufweisen. Unter Bezugnahme auf 4 und in einigen Ausführungsformen kann die Kontur eine beliebige Anzahl von Rändern aufweisen, etwa die veranschaulichten Beispiele mit drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Rändern. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Torsionsstab 22 mit einer Kontur gebildet werden kann, die sogar noch mehr Ränder aufweist als die vorstehende, nicht einschränkende Liste von Beispielen. Unabhängig von der Anzahl der Ränder und der allgemeinen Geometrie weist der Torsionsstab 22 einen nicht kreisförmigen Querschnitt entlang zumindest eines Teils seiner Länge auf, wobei die Länge entlang der Achse A gemessen wird. Wie in den veranschaulichten Ausführungsformen gezeigt kann der Torsionsstab 22 entlang einer gesamten Länge desselben einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 1 und 3 kann der Torsionsstab 22 einen ersten Endabschnitt 30 aufweisen. Der erste Endabschnitt 30 kann benachbart zu jedem von und zwischen dem ersten Ende 24 und dem aktiven Abschnitt 28 beabstandet sein. Der erste Endabschnitt 30 kann als eine erste Verjüngung von dem aktiven Abschnitt 28 bis zu dem ersten Ende 24 definiert werden (kann hierin auch als eine Abfasung oder erste Abfasung bezeichnet werden). In einigen Ausführungsformen kann der Torsionsstab 22 einen zweiten Endabschnitt 32 aufweisen, der benachbart zu jedem von und zwischen dem zweiten Ende 26 und dem aktiven Abschnitt 28 beabstandet ist, und der zweite Endabschnitt 32 kann eine zweite Verjüngung von dem aktiven Abschnitt 28 bis zu dem zweiten Ende 26 definieren (kann hierin auch als eine Abfasung oder zweite Abfasung bezeichnet werden). In einigen Ausführungsformen wirken die Kontur und die Abfasungen zusammen, um einen Kraftschluss zwischen dem Handrad und einem der Enden 24, 26 zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen wirken die Kontur und die Abfasungen zusammen, um einen Kraftschluss zwischen dem Handradaktor und dem anderen der Enden 24, 26 zu ermöglichen. Der Kraftschluss kann die Enden 24, 26 mit einem jeweiligen Handrad und Handradaktor koppeln. Darüber hinaus können die Enden 24, 26 ferner mit dem Handrad und dem Handradaktor durch den Kraftschluss und ein weiteres mechanisches Mittel gekoppelt werden, wie etwa Schrauben oder eine Schweißung.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Bildung des Torsionsstabs 22 nach einer der in den 1-4 gezeigten Ausführungsformen bereit. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Rohmaterials. Das Rohmaterial kann ein beliebiges geeignetes Material sein, das im Stand der Technik zur Verwendung bei einem Torsionsstab bekannt ist. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren das Bilden eines Roh-Torsionsstabs aus dem Rohmaterial umfassen, wobei der Roh-Torsionsstab eine erste Länge hat und eine gleichförmige Kontur entlang der ersten Länge des Roh-Torsionsstabs aufweist. Das Bilden des Roh-Torsionsstab kann ferner das Formen durch einen Extrusions-, Zieh- oder Kaltformprozess umfassen. Das Verfahren kann ferner das Zuschneiden des Roh-Torsionsstabs zur Bildung eines Torsionsstabs (z. B. des Torsionsstabs 22 ohne die Abfasungen) mit der gleichförmigen Kontur und mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende (z. B. dem ersten und dem zweiten Ende 24, 26) umfassen. Das Verfahren kann auch das Bilden von Abfasungen benachbart zu zumindest einem von dem ersten Ende und dem zweiten Ende 24, 26 umfassen.
In einigen Ausführungsformen des Verfahrens kann das Bilden des Roh-Torsionsstabs ferner als Formen durch einen Ziehprozess definiert sein. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens kann das Bilden des Roh-Torsionsstabs ferner als Formen durch einen Extrusionsprozess definiert sein. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens kann das Bilden des Roh-Torsionsstabs ferner als Formen durch einen Kaltformprozess definiert sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Waschen des Torsionsstabs umfassen. Zum Beispiel kann der Torsionsstab 22 gewaschen werden, nachdem die Abfasung gebildet wurde, um jegliche Spanreste oder Staub zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Wärmebehandeln des Torsionsstabs 22 umfassen. Das Wärmebehandeln kann verwendet werden, um die Härte des Torsionsstabs 22 zu vergrößern, um die Hysterese zu verringern.
Während die Erfindung in Verbindung mit einer nur begrenzten Anzahl von Ausführungsformen im Detail beschrieben wurde, sollte ohne weiteres klar sein, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Varianten, Abwandlungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen einzubeziehen, die vorstehend nicht beschrieben wurden, die jedoch ebenfalls dem Geist und Umfang der Erfindung entsprechen. Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sollte außerdem klar sein, dass Aspekte der Erfindung auch nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt anzusehen.

Claims

Torsionsstab, der sich entlang einer Achse erstreckt, wobei der Torsionsstab umfasst: ein erstes Ende; ein zweites Ende, das von dem ersten Ende beabstandet ist; einen aktiven Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende positioniert ist, wobei der aktive Abschnitt eine Länge hat, die entlang der Achse definiert ist; einen Querschnitt quer zu der Achse, wobei der Querschnitt eine Kontur des Torsionsstabs definiert, wobei die Kontur entlang der Länge des aktiven Abschnitts gleichförmig ist; und wobei die Kontur als zumindest eine von einer vieleckigen und einer vieleckähnlichen Gestalt definiert ist.
Torsionsstab nach Anspruch 1, wobei die Kontur drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Ränder aufweist.
Torsionsstab nach Anspruch 1, wobei der Torsionsstab einen ersten Endabschnitt aufweist, der benachbart zu jedem von und zwischen dem ersten Ende und dem aktiven Abschnitt beabstandet ist, und der erste Endabschnitt eine erste Verjüngung von dem aktiven Abschnitt bis zu dem ersten Ende definiert.
Torsionsstab nach Anspruch 3, wobei der Torsionsstab einen zweiten Endabschnitt aufweist, der benachbart zu jedem von und zwischen dem zweiten Ende und dem aktiven Abschnitt beabstandet ist, und der zweite Endabschnitt eine zweite Verjüngung von dem aktiven Abschnitt bis zu dem zweiten Ende definiert.
Torsionsstab nach Anspruch 1, wobei der Torsionsstab eine einzelne, einteilig ausgebildete Komponente ist.
Torsionsstab nach Anspruch 1, wobei die vieleckähnliche Gestalt abgerundete Schnittstellen zwischen benachbarten Konturrändern umfasst.
Fahrzeug-Lenksäulenanordnung, umfassend: eine erste Lenksäulenkomponente; eine zweite Lenksäulenkomponente; und einen Torsionsstab, der zwischen der ersten Lenksäulenkomponente und der zweiten Lenksäulenkomponente angeordnet ist, wobei der Torsionsstab umfasst: ein erstes Ende, das funktional mit der ersten Lenksäulenkomponente gekoppelt ist; ein zweites Ende, das von dem ersten Ende beabstandet ist und funktional mit der zweiten Lenksäulenkomponente gekoppelt ist; einen aktiven Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende positioniert und damit einteilig ist, wobei der aktive Abschnitt eine Länge aufweist, die entlang der Achse definiert ist; einen Querschnitt quer zu der Achse, wobei der Querschnitt eine Kontur des Torsionsstabs definiert, wobei die Kontur entlang der Länge des aktiven Abschnitts gleichförmig ist; und wobei die Kontur als zumindest eine von einer vieleckigen und einer vieleckähnlichen Gestalt definiert ist.
Fahrzeug-Lenksäulenanordnung nach Anspruch 7, wobei die Kontur drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Ränder aufweist.
Fahrzeug-Lenksäulenanordnung nach Anspruch 8, wobei der Torsionsstab einen ersten Endabschnitt aufweist, der benachbart zu jedem von und zwischen dem ersten Ende und dem aktiven Abschnitt beabstandet ist, und der erste Endabschnitt eine erste Verjüngung von dem aktiven Abschnitt bis zu dem ersten Ende definiert.
Fahrzeug-Lenksäulenanordnung nach Anspruch 8, wobei der Torsionsstab einen zweiten Endabschnitt aufweist, der benachbart zu jedem von und zwischen dem zweiten Ende und dem aktiven Abschnitt beabstandet ist, und der zweite Endabschnitt eine zweite Verjüngung von dem aktiven Abschnitt bis zu dem zweiten Ende definiert.
Fahrzeug-Lenksäulenanordnung nach Anspruch 7, wobei die vieleckähnliche Gestalt abgerundete Schnittstellen zwischen benachbarten Konturrändern umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Torsionsstabs, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Rohmaterials; Bilden eines Roh-Torsionsstabs aus dem Rohmaterial, wobei der Roh-Torsionsstab eine erste Länge und eine gleichförmige Kontur entlang der ersten Länge des Roh-Torsionsstabs aufweist; Zuschneiden des Roh-Torsionsstabs, um einen Torsionsstab mit der gleichförmigen Kontur zu bilden, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; und Bilden von Abfasungen benachbart zu zumindest einem von dem ersten Ende und dem zweiten Ende.
Verfahren zur Bildung des Torsionsstabs nach Anspruch 12, wobei das Bilden des Roh-Torsionsstabs ferner als Bilden durch einen Ziehprozess definiert ist.
Verfahren zur Bildung des Torsionsstabs nach Anspruch 12, wobei das Bilden des Roh-Torsionsstabs ferner als Bilden durch einen Extrusionsprozess definiert ist.
Verfahren zur Bildung des Torsionsstabs nach Anspruch 12, wobei das Bilden des Roh-Torsionsstabs ferner als Bilden durch einen Kaltformprozess definiert ist.
Verfahren zur Bildung des Torsionsstabs nach Anspruch 12, ferner umfassend das Waschen und/oder das Wärmebehandeln des Torsionsstabs.
Verfahren zur Bildung des Torsionsstabs nach Anspruch 12, wobei die Kontur als zumindest eine von einer vieleckigen und einer vieleckähnlichen Gestalt definiert ist.
Verfahren zur Bildung des Torsionsstabs nach Anspruch 12, wobei die Kontur als ein Vieleck mit sechs Rändern definiert ist.