-
Die Erfindung betrifft einen Lenkwinkelsensor
mit einem einen Drehwinkelcode tragenden Rotor und mit einem eine
Aufnahmeeinrichtung zum Erfassen des Drehwinkelcodes des Rotors
umfassenden Stator, wobei eines der beiden Elemente – Rotor
oder Stator – über einen
Lagerring verfügt,
der gleitend an einer konzentrisch zum Lagerring angeordneten Lagerhülse des
anderen Elements – Stator
oder Rotor – gelagert
ist.
-
Lenkwinkelsensoren werden bei Kraftfahrzeugen
zum Erfassen der Stellung des Lenkrades eingesetzt. Der aktuelle
Lenkwinkel bzw. die aktuelle Stellung des Lenkrades wird beispielsweise
zum Betreiben von den Fahrer unterstützenden Sicherheitssystemen
und/oder für
Lenkkraftunterstützungssysteme
benötigt.
Für zahlreiche
Anwendungen ist eine möglichst
hohe Auflösung
des aktuellen Lenkwinkels gefordert.
-
Als Lenkwinkelsensoren werden beispielsweise
nach einem optoelektronischen Prinzip berührungslos arbeitende Einrichtungen
eingesetzt. Derartige Lenkwinkelsensoren umfassen einen Rotor, der einen
Drehwinkelcode trägt
und eine statorseitig gehaltene Aufnahmeeinrichtung, mit der der
Drehwinkelcode des Rotors in Abhängigkeit
von der Drehwinkelstellung des Lenkrades und somit der Lenkspindel erfaßt wird.
Der Rotor selbst ist an die Drehbewegung der Lenkspindel gekoppelt. Üblicherweise
ist der Rotor konzentrisch zur Lenkspindel angeordnet. Es sind Lenkwinkelsen soren
bekanntgeworden, bei denen der Rotor durch eine an der Lenkspindel
befestigte Codescheibe gebildet wird und der Stator am Mantelrohr
der Lenkspindel befestigt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist
ein Lager zwischen dem Rotor und dem Stator nicht vorgesehen; vielmehr dient
hier die Lagerung der Lenkspindel innerhalb ihres Mantelrohrs als
Lager zwischen Rotor und Stator. Es sind weitere Lenkwinkelsensoren
bekannt geworden, bei denen der Rotor mittels eines Gleitlagers statorseitig
gelagert ist. Zu diesem Zweck verfügt der Rotor über einen
zylinderischen, konzentrisch zur Drehachse angeordneten Lagerring,
der gleitend in einer dem Stator zugeordneten ebenfalls zylinderischen
Lagerhülse
gelagert ist. Damit auch bei einer Beanspruchung dieses Gleitlagers
ein Festfressen zwischen dem Lagerring und der Lagerhülse des
Stators verhindert ist, ist zwischen der Lagertläche des rotorseitigen Lagerringes
und derjenigen der statorseitigen Lagerhülse ein gewisses Spiel zwingend vorgesehen.
-
Die zur Realisierung eines solchen
Lenkwinkelsensors eingesetzten, nicht elektronischen Bauteile werden
aus Kostengründen
vornehmlich als Kunststoffspritzgußteile hergestellt. Die Toleranzkette
des Gesamtaufbaus eines solchen Lenkwinkelsensors, in der ebenfalls
die notwendige Toleranz im Gleitlager Einfluß findet, hat Einfluß auf das
Auflösungsvermögen des
Lenkwinkelsensors. Bei optoelektronischen Systemen dient als Aufnahmeeinrichtung üblicherweise
ein Zeilensensor, dessen Auflösung
wiederum durch die Anzahl und die Größe der einzelnen Wandlerelemente
(Pixel) definiert ist. Es besteht jedoch der Wunsch nach einem Lenkwinkelsensor,
mit dem eine Drehwinkelerfassung des Lenkrades mit einer höheren Auflösung, beispielsweise von
0,5° möglich ist.
-
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen solchen Lenkwinkelsensor bereit zu stellen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Lagerring durch mehrere voneinander getrennte, sich parallel
oder tangential zur Drehachse erstreckende, elastisch reagierende
Lagertortsätze
gebildet ist, die sich, unter radial zur Lagerhülse hin gerichteter Vorspannung
stehend, an der Lagerhülse
abstützen.
-
Der Lagerring bei dem beanspruchten
Lenkwinkelsensor ist durch einzel ne, voneinander getrennte und beabstandete
Lagerfortsätze
gebildet. Die Lagerfortsätze
erstrecken sich parallel zur Drehachse und sind elastisch reagierend
ausgebildet, zweckmäßigerweise
infolge ihrer Materialelastizität. Die
Lagerfortsätze
sind bei diesem Lenkwinkelsensor dergestalt konzipiert, dass diese
mit ihrer jeweiligen Lagerfläche
unter Vorspannung stehend an der Lagerfläche der Lagerhülse anliegen
bzw. sich an dieser abstützen.
Der Rotor ist somit spielfrei statorseitig gelagert. Infolge der
radialen federelastischen Abstützung
des Lagerringes bzw. der den Lagerring ausbildenden Lagerfortsätze an der
Lagerhülse – je nach
Ausgestaltung der Erfindung innenseitig oder außenseitig – braucht beim Gegenstand der
Erfindung ein Spiel zwischen Rotor und Stator bei der Ermittlung
des Auflösungsvermögens des
Lenkwinkelsensors nicht berücksichtigt
zu werden. Folglich ist das Auflösungsvermögen eines
solchen Lenkwinkelsensors größer als
bei vorbekannten.
-
Die den Lagerring ausbildenden Lagerfortsätze sind
zweckmäßigerweise
mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet. Dadurch ist sichergestellt,
dass der Lagerring spielfrei konzentrisch zur Lagerhülse angeordnet
ist. Die Lagerfortsätze
können
jeweils eine zur Lagerhülse
weisende Gleitrippe aufweisen. Mit der radialen Oberfläche stützen sich
die Lagerfortsätze
bei einer solchen Ausgestaltung mit ihren Gleitrippen an der Lagerfläche der
Lagerhülse
ab. Die Gleitrippen dienen ebenfalls einer Versteifung der Lagerfortsätze, so
dass über die
Ausgestaltung der Gleitrippen ebenfalls die Steifigkeit der Lagerfortsätze eingestellt
werden kann. Die an der Lagerfläche
der Lagerhülse
anliegende Oberfläche
der Gleitrippe kann gerundet ausgebildet sein, so dass die Reibung
zwischen den Lagerfortsätzen
und der Lagerhülse
minimiert ist. Zum Minimieren der Reibung zwischen den Lagerfortsätzen bzw. deren
Gleitrippen – falls
vorhanden – und
der Lagerfläche
der Lagerhülse
ist in einem Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass die Lagerfläche
der Lagerhülse
zur Drehachse des Rotors in Richtung zu den freien Enden der Lagerfortsätze hin
geringfügig
geneigt ist. Durch diese Maßnahme
wird die Kontaktfläche zwischen
den Lagerfortsätzen
und der Lagerhülse
in axialer Erstreckung reduziert. Dementsprechend können grundsätzlich auch
die Lagerfortsätze
eine der Neigung der Lagerfläche
der Lagerhülse
entgegengesetzte Neigung aufweisen.
-
Zur Realisierung der Erfindung ist
es grundsätzlich
unerheblich, ob der Stator den Lagerring trägt oder die Lagerhülse und
dementsprechend der Rotor das andere Element – Lagerhülse oder Lagerring. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist jedoch vorgesehen, dass aus Montagegründen der Rotor den Lagerring
und der Stator die Lagerhülse trägt.
-
Um den Lagerring in axialer Richtung
an der Lagerhülse
zu halten, sind dem den Lagerring tragenden Element entsprechende
Haltemittel zugeordnet. Diese können
beispielsweise durch eine Anlageanordnung gebildet sein, die sich
auf der einen Stirnseite der Lagerhülse abstützt. Als weitere Haltemittel
können
fingerartige Verriegelungsfortsätze
dienen, die an ihrem jeweiligen Ende einen die andere, hintere Stirnfläche der
Lagerhülse
hintergreifenden Verriegelungshaken umfassen. Bei einer solchen Ausgestaltung
ist es zweckmäßig, mehrere
Verriegelungsansätze
vorzusehen und diese wechselweise mit den Lagerfortsätzen anzuordnen.
Als zusätzliche Maßnahme kann
sich zum Einstellen insbesondere der in radialer Richtung wirksamen
Elastizität
der Lagerfortsätze
zwischen jeweils einem Lagerfortsatz und einem Verriegelungsfortsatz
ein Federbereich befinden. Dieser Federbereich ist durch einen Bereich
reduzierter Materialstärke
gebildet. Je nach Ausgestaltung des Federbereiches bezüglich der
tatsächlich
realisierten Materialstärke
ist die auf die Lagerfläche
der Lagerhülse
wirkende Vorspannung der Lagerfortsätze des Lagerringes größer oder
kleiner.
-
Nachfolgend ist die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
-
1:
einen schematisierten Querschnitt entlang einer gewinkelten Schnittlinie
durch einen Lenkwinkelsensor und
-
2:
eine perspektivische Ansicht des Rotors des Lenkwinkelsensors der 1.
-
Ein Lenkwinkelsensor 1 umfaßt einen
Rotor 2 und einen insgesamt mit den Bezugszeichen 3 gekennzeichneten
Stator. Der Rotor 3 trägt
eine Codescheibe 4 mit einem Drehwinkelcode. Die Codescheibe 4 ist
konzentrisch zur Drehachse 5 des Rotors angeordnet. Der
Drehwinkelcode der Codescheibe 4 ist ein optischer Code,
der von einem Zeilensensor 6 als Aufnahmeeinrichtung erfassbar
ist. Der Zeilensensor 6 ist Teil des Stators 3.
Die Längserstreckung
des Zeilensensors 6 ist in radialer Richtung vorgesehen.
Bei dem Stator 3 handelt es sich um das Gehäuse eines
sogenannten Lenkstockschalters, das an dem Mantelrohr einer Lenkspindel drehfest
gehalten ist.
-
Der Stator 3 verfügt über eine
Lagerhülse 7, konzentrisch
zur Drehachse 5 der Lenkspindel angeordnet. Die Lagerhülse 7 dient
zur Lagerung des Rotors 2. Die innere Mantelfläche der
Lagerhülse 7 ist als
Lagerfläche
konzipiert. Die Lagerhülse 7 ist
ein Ringkörper
mit einer geringfügigen
Konizität,
wobei sich die lichte Weite der Lagerhülse 7 von oben nach unten
verringert. Die Lagerhülse 7 ist
angeformt an einem Ansatzflansch B. Die Oberseite des Ansatzflansches 8 bildet
somit die obere Stirnfläche
der Lagerhülse 7 und
zudem eine axiale Lagerfläche
zum Halten des Rotors 2 in axialer Richtung. Die untere Stirnfläche 9 der
Lagerhülse 7 stellt
die weitere axiale Lagerfläche
dar.
-
Der Rotor 2 verfügt zu seiner
Lagerung in der Lagerhülse 7 des
Stators 3 über
einen Lagerring, der durch mehrere, mit gleichem Winkelabstand zueinander
angeordnete Lagerfortsätze 10 gebildet
ist. Die Lagerfortsätze 10 sind
entgegen der Neigung der Lagerhülse 7 mit
geringem Winkel nach außen
hin geneigt und stützen
sich radial außenseitig
an der Lagerfläche
der Lagerhülse 7 ab.
Somit erstrecken sich die Lagerfortsätze 10 bezüglich ihrer
Haupterstreckungsrichtung in Richtung der Drehachse 5,
sind geringfügig
gegenüber
der Drehachse 5 geneigt und erstrecken sich somit tangential
zur Drehachse 5. Infolge der aufeinander zulaufenden Neigung
(vgl. 1) erfolgt eine
tatsächliche
Berührung
der Lagerfortsätze 10 an
der Lagerfläche
der Lagerhülse 7 nur in
ihrem unteren Abschnitt. Die Lagerfortsätze 10 sind materialelastisch
ausgebildet und stehen unter einer (geringen) Vorspannung in ihrer
sich auf der Innenseite der Lagerhülse 7 abstützenden
Stellung. Zum erleichterten Einsetzen der Lagerfortsätze 10 in die
Lagerhülse 7 sind
diese einsteckseitig angefast. Diese Fase ist in 1 mit den Bezugszeichen 11 an einem
Lagerfortsatz 10 gekennzeichnet.
-
Der Rotor 2 verfügt ferner über axiale
Halte- bzw. Lagermittel, um den Rotor 2 in axialer Richtung an
dem Stator 3 befestigt zu halten. Diese Lagermittel umfassen
zum einen mehrere, umfänglich
verteilte Lagerrippen 12, die gemeinsam eine Anlageanordnung
ausbilden. Die Lagerrippen 12 wirken zusammen mit der Oberseite
des Ansatzflansches 8 des Stators 3. Umfänglich verteilt
verfügt
der Rotor 2 ferner über
mehrere Verriegelungsfortsätze 13,
die die Lagerhülse 7 durchgreifen
und an ihrem unteren freien Ende einen radial nach außen abnagenden
Verriegelungswulst bzw. -haken tragen. Die Verriegelungshaken 14 wirken
zusammen mit der unteren Stirnfläche 9 der
Lagerhülse 7.
Somit ist durch die Anordnung der Lagerrippen 12 und die
Verriegelungsfortsätze 13 mit
ihren Verriegelungshaken 14 eine Aufnahme zur Aufnahme
der Lagerhülse 7 und ihrer
axialen Lagerung gebildet. Die Verriegelungsfortsätze 13 sind
ebenfalls in radialer Richtung materialelastisch ausgebildet, so
dass der Rotor 2 mit seinem durch die Lagerfortsätze 10 gebildeten
Lagerring ohne weiteres in die durch die Lagerhülse 7 beschriebene
Lageröffnung
eingesetzt werden kann. Die Verriegelungsfortsätze 13 sind bei dem
in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel wechselweise
mit dem Lagerfortsätzen 10 angeordnet.
Der Rotor 2 verfügt
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über sechs
Lagerfortsätze 10 und
dementsprechend auch über
sechs Verriegelungsfortsätze 13.
-
Im Fußbereich sind die Lagerfortsätze 10 jeweils
durch einen Federbereich 15 mit den Verriegelungsfortsätzen verbunden.
Bei den Federbereichen 15 handelt es sich um Bereiche reduzierter
Materialstärke
und insbesondere um Bereiche, mit denen die Materialelastizität, insbesondere
der Lagerfortsätze 10 eingestellt
werden kann. Mit zunehmender Materialstärke im Federbereich 15 erhöht sich
die Steifigkeit der Lagerfortsätze 10.
-
Die Lagerfortsätze 10 tragen eine
nach außen
weisende Gleitrippe 16 (vgl. 2).
Die Lagerfortsätze 10 liegen
somit mit der radial nach außen weisenden
Oberfläche
ihrer Gleitrippe an der Innenseite der Lagerhülse 7 an. Das Vorsehen
der Gleitrippen 16 hat zum Vorteil, dass durch die Konzeption der
Gleitrippe 16 die Steifigkeit der Lagerfortsätze 10 eingestellt
werden kann. Überdies
reduziert sich die Kontaktfläche
zwischen den Lagerfortsätzen 10 und der
Innenseite der Lagerhülse 7 auf
die radiale Oberfläche
der Gleitrippen 16, so dass die Reibung zwischen den Lagerfortsätzen und
der Lagerhülse 7 reduziert
ist.
-
Die Lagerfortsätze 10 liegen in der
in 1 gezeigten montierten
Stellung zwischen Rotor 2 und Stator 3 unter Vorspannung
stehend an der Lagerfläche
(Innenseite) der Lagerhülse 7 des
Stators 3 an. Auf diese Weise ist mit einfachen Mitteln
und insbesondere wirksam ein Spiel in radialer Richtung zwischen
den beiden Elementen – Rotor 2 und
Stator 3 – vermieden.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass der Rotor 2 durch einen am Rotor einer
Wickelfederkassette angeordneten Mitnehmerstift an eine Drehbewegung
der Lenkspindel gekoppelt ist.
-
- 1
- Lenkwinkelsensor
- 2
- Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Codescheibe
- 5
- Drehachse
- 6
- Zeilensensor
- 7
- Lagerhülse
- 8
- Ansatzflansch
- 9
- Stirnfläche
- 10
- Lagerfortsatz
- 11
- Fase
- 12
- Lagerrippe
- 13
- Verriegelungsfortsatz
- 14
- Verriegelungshaken
- 15
- Federbereich
- 16
- Gleitrippe