DE4038808C2 - Lenkkrafterfassungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkkrafterfas­ sungsvorrichtung zur Erfassung eines beim Drehen eines Lenkrads erzeugten Lenk-Drehmoments gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der JP-63-78876 ist eine herkömmliche Lenkkrafter­ fassungsvorrichtung bekannt, die eine magnetische Wider­ standsänderung erfaßt, die durch eine Relativdrehung zwi­ schen der Antriebswelle eines Lenkrads und der Lenkwelle erzeugt wird, wobei die Wellen über einen Torsionsstab mit­ einander verbunden sind. Hierbei wird die Relativdrehung zwischen Antriebswelle und Lenkwelle als Lenkkraft oder Lenk-Drehmoment erkannt. Der Torsionsstab muß kleiner, d. h. schmaler sein als die Antriebswelle und die Lenkwelle, um hinsichtlich der Lenkkrafterfassung eine hohe Empfindlich­ keit aufzuweisen. Hierbei kann der schlankere oder schma­ lere Torsionsstab die Relativdrehung einfach erfassen und wiedergeben, was zu einer hohen Empfindlichkeit hinsicht­ lich der Lenkkrafterfassung führt. Allerdings hat ein der­ art schlank ausgebildeter Torsionsstab in axialer und ra­ dialer Richtung nur geringe Steifigkeit, was eine geringe Standzeit bewirkt. Um die Festigkeit zu erhöhen, müssen entsprechende Lager oder Führungen vorgesehen werden. Der­ artige Lager oder Führungen führen jedoch zu einer Hyste­ rese in der Lenkkrafterfassung.

Aus der gattungsbildenden GB-A-2 001 767 ist ferner ei­ ne herkömmliche Lenkkrafterfassungsvorrichtung bekannt, die eine gemeinsame mit dem Lenkrad sich drehende lenkradseiti­ ge und lenkwellenseitige Dreheinrichtung aufweist. Zur Übertragung der Lenkkraft von der lenkradseitigen Drehein­ richtung auf die lenkwellenseitige Dreheinrichtung dienen mehrere Drehkraftübertragungselemente, die um die Drehachse der Lenkwelle herum angeordnet sind und mit ihren Enden mit der lenkradseitigen und der lenkwellenseitigen Dreheinrich­ tung verbunden sind. Ferner weisen diese Drehkraftübertra­ gungselemente einen elastisch deformierbaren Biegebereich auf, der bei einer Relativdrehung zwischen der lenkradsei­ tigen und der lenkwellenseitigen Dreheinrichtung elastisch deformiert wird. Zur Erfassung einer Relativdrehung zwi­ schen der lenkradseitigen und der lenkwellenseitigen Dreh­ einrichtung ist eine Erfassungseinrichtung vorgesehen.

Der Herstellungsaufwand dieser deformierbaren Drehkraftübertragungselemente ist jedoch relativ hoch, wo­ bei ein Teil-Austausch eventuell beschädigter und/oder übermäßig stark deformierter Komponenten nur sehr schwierig durchzuführen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lenkkrafterfassungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine zuverlässige Lenkkrafter­ fassung bei hoher Funktionszuverlässigkeit und einfacher Montage möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkma­ len gelöst.

Insbesondere sind die Drehkraftübertragungselemente endseitig mit Kerben versehen, über die sie mit der len­ kradseitigen und der lenkwellenseitigen Dreheinrichtung in Eingriff bringbar sind. Dies erlaubt nicht nur eine einfa­ che Montage und Demontage, sondern stellt zugleich auch si­ cher, daß sich die Drehkraftübertragungselemente bei den Relativverdrehungen nicht aus ihren Aufnahmelagern heraus­ bewegen können. Durch die weitere vorgesehene Drehwinkelbe­ grenzung wird zugleich gewährleistet, daß keine übermäßig hohen Relativverdrehungen auftreten können, die auf die Einspannpositionen der Drehkraftübertragungselemente zu ho­ he Belastungen ausüben könnten. Die erfindungsgemäße Lenc­ krafterfassungsvorrichtung zeichnet sich somit durch leichte Montage, Wartung, hohe Funktionszuverlässigkeit und Langzeitstabilität aus.

In den Unteransprüchen 2 bis 5 sind vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch und teilweise geschnitten eine erste Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Vorderansicht der ersten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie IV-V in Fig. 3;

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Drehkraftübertragungsvor­ richtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Drehkraftübertragungsvorrich­ tung der ersten Ausführungsform;

Fig. 8 schematisch die Anwendung der ersten Ausführungsform in einem Lenkrad;

Fig. 9 einen schematischen Schnitt durch die Darstellung von Fig. 8;

Fig. 10 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 einen Schnitt entlang Linie XI-XI in Fig. 10;

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 einen Schnitt entlang Linie XIII-XIII in Fig. 12;

Fig. 14 eine Ansicht von unten auf die dritten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 einen Schnitt entlang Linie XV-XV in Fig. 12;

Fig. 16 eine vergrößerte Ansicht eines Teils aus Fig. 15;

Fig. 17 und 18 Ansichten zur Erläuterung der Form der Dreh­ kraftübertragungsvorrichtung;

Fig. 19 eine Draufsicht auf eine obere stationäre Platte in der dritten Ausführungsform;

Fig. 20 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 21 einen schematischen Schnitt durch die Ausführungs­ form gemäß Fig. 20;

Fig. 22 und 23 Ansichten zur Erläuterung der Form der Dreh­ kraftübertragungsvorrichtung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 24 bis 26 schematische Ansichten einer Kombination ei­ nes lenkradseitigen Stützteils, eines lenkwellenseitigen Stützteils und der Drehkraftübertragungsvorrichtung aus der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 27 eine Draufsicht auf das lenkradseitige Stützteil in der vierten Ausführungsform;

Fig. 28 einen Schnitt entlang Linie XXVIII-XXVIII in Fig. 27;

Fig. 29 eine Draufsicht auf das lenkwellenseitige Stützteil in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 30 einen Schnitt entlang Linie XXX-XXX in Fig. 29;

Fig. 31 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 32 einen schematischen Schnitt durch die Ausführungs­ form von Fig. 31; und

Fig. 33 (a) und (b) schematischen Ansichten zur Erläuterung der Drehkraftübertragungsvorrichtung in der fünften Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Es sei an dieser Stelle zunächst festgehalten, daß unter "Lenkkraft" diejenige Kraft oder dasjenige Drehmoment zu verstehen ist, welches zur Drehung der Lenkwelle auf das Steuerrad oder Lenkrad aufgebracht wird. "Lenkkraft" und "Drehmoment" oder "Lenk-Drehmoment" sind von daher in der bisherigen und nachfolgenden Beschreibung als äquivalente Begriffe zu verstehen.

Weiterhin sind in der nachfolgenden Beschreibung die Be­ griffe "Schraube" und "Bolzen" austauschbar, da sie glatte technische Äquivalente darstellen. Die beispielhafte Verwen­ dung eines dieser Begriffe ist somit nicht als Einschränkung hierauf zu verstehen.

Schließlich sind die Begriffe "inneres Zahnrad" bzw. "äußeres Zahnrad" als Äqivalente zu "Innenverzahnung" oder "innere Zahnung" bzw. "Außenverzahnung" oder "äußere Zah­ nung" zu verstehen.

Gemäß Fig. 1, in der die erste Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung dargestellt ist, ist eine Mehrzahl von ela­ stischen Blattfedern 45, welche als Drehkraftübertragungs­ vorrichtungen dienen, in Kerben eingesetzt, welche in einer ersten Stützplatte 1 als lenkradsseitige Dreheinrichtung und einer zweiten Stützplatte 15 als lenkwellenseitige Drehein­ richtung ausgebildet sind. Diese elastischen Blattfedern 45 sind derart angeordnet, daß ihre Längsrichtung oder Längser­ streckung mit einer Verbindungsrichtung zwischen erster Stützplatte 1 und zweiter Stützplatte 15 zusammenfällt, wo­ bei die Blattfedern 45 weiterhin zueinander symmetrisch aus­ gerichtet sind. Ein erstes inneres Zahnrad 3a und ein erstes äußeres Zahnrad 11 sind aus magnetischen Material, wie bei­ spielsweise Eisen gefertigt und drehen zusammen mit der er­ sten Stützplatte 1. Ein zweites inneres Zahnrad 13a und ein zweites äußeres Zahnrad 9a drehen zusammen mit der zweiten Stützplatte 15. Ein Gehäuse 19 ist drehfest beispielsweise an einem Gehäuse oder einem Chassis eines Kraftfahrzeuges befestigt und das Gehäuse 19 trägt Spulen 27 und 29 als Er­ kennungsvorrichtungen. Beide Spulen 27 und 29 bestehen aus einer Wicklung eines Paares eines Eingangsdrahtes und eines Ausgangsdrahtes. Der Ausgangsdraht der Spulen 27 und 29 ist mit einer elektronischen Steuereinheit 50 verbunden. Wenn den Spulen 27 und 29 ein Strom zugeführt wird, erzeugt die Spule 29 den in Fig. 1 gestrichelt dargestellten magneti­ schen Kreis durch das äußere Zahnrad 11 und das innere Zahn­ rad 13a und das Magnetfeld dieses magnetischen Kreises wird erfaßt. Die Spule 27 arbeitet wie die Spule 29 und erzeugt einen Magnetkreis durch das innere Zahnrad 3a und das äußere Zahnrad 9a. Wenn zwischen der ersten Stützplatte 1 und der zweiten Stützplatte 15 eine Relativdrehung erzeugt wird, er­ fassen die Spulen 27 und 29 die durch diese Relativdrehung erzeugte Änderung im Magnetfeld.

Unter Bezug auf die Fig. 2 bis 7 wird nun die erste Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Ge­ mäß Fig. 2 ist die erste Stützplatte 1 als lenkradsseitige Dreheinrichtung mit einem Zahnrad 3, welches aus Eisen ge­ fertigt ist, durch Bolzen 5 verbunden. Die erste Stützplatte 1 weist Bohrungen 6 auf, mittels denen die erste Stützplatte 1 über nicht dargestellte Schrauben mit dem Lenkrad verbind­ bar ist. Die elastischen Blattfedern 45 als Drehkraftüber­ tragungsvorrichtungen sind in Kerben 47 eingesetzt, welche in der ersten Stützplatte 1 ausgebildet sind. Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2. Gemäß Fig. 3 ist das aus Eisen bestehende Zahnrad 11 mit dem lenkradseitigen Zahnrad 3 über einen Bolzen 7 und einen Ab­ standshalter 8 verbunden. Die erste Stützplatte 1, das Zahn­ rad 3 und das Eisenrad 11 drehen miteinander. Das Zahnrad 3 weist an seiner äußeren Oberfläche das innere Zahnrad 3a auf und das Zahnrad 11 weist an seiner inneren Oberfläche das äußere Zahnrad 11a auf. Die zweite Stützplatte 15 weist eine Keilwellenausnehmung 15a und eine Kerbe oder Hinterschnei­ dung 15b auf. Die zweite Stützplatte 15 dreht zusammen mit der Lenkwelle, da die Stützplatte 15 mit der Lenkwelle über die Keilwellenausnehmung 15a in Verbindung steht.

In die zweite Stützplatte 15 ist ein Stützring 17 eingepaßt. Dieser Stützring 17 steht über ein Lager 21 mit dem Gehäuse 19 in Verbindung. Über einen in der Zeichnung nicht darge­ stellten Bolzen, eine Verschraubung oder dergleichen ist ein Zahnrad 13 mit der zweiten Stützplatte 15 in Verbindung. Ein Zahnrad 9 ist mit dem Zahnrad 13 über nicht dargestellte Ab­ standshalter ähnlich verbunden, wie das Zahnrad 3 mit dem Zahnrad 11. Somit drehen die zweite Stützplatte 15, das Zahnrad 13 und das Zahnrad 9 zusammen. Hierbei liegen das innere Zahnrad 3a und das äußere Zahnrad 9a einander mit ei­ nem schmalen Spalt gegenüber. Das innere Zahnrad 13a und das äußere Zahnrad 11a stehen einander ebenfalls mit einer klei­ nen Lücke gegenüber. Ein erster Außenring 37 aus Eisen ist an dem Zahnrad 3 befestigt, um den Luftspalt zwischen Außen­ ring 37 und einem Eisenring 31 gleichmäßig zu machen, so daß die Stärke der magnetischen Ankopplung zwischen dem Zahnrad 3 und der Spule 27 stabilisiert ist. Ein zweiter Außenring 39 ist an dem Zahnrad 9 befestigt, ein dritter Außenring 41 ist an dem Zahnrad 11 befestigt und ein vierter Außenring 43 ist an dem Zahnrad 13 befestigt, um die Stärke der magneti­ schen Ankopplung zu stabilisieren.

Eine Ummantelung 23 aus Kunststoff überdeckt die Spule 27. Weiterhin umgibt eine Ummantelung 25 aus Kunststoff die Spule 29. Ein Eisenring 33 wird zwischen den Ummantelungen 23 und 25 angeordnet. An den Enden der Ummantelungen 23 bzw. 25 sind der Ring 31 bzw. ein Ring 35 vorgesehen. Die Ringe 31 und 35 sind aus Eisen. Wenn dem Eingangsleiter oder Ein­ gangsdraht der Spule 27 ein Strom zugeführt wird, wird ein magnetischer Kreis durch den Ring 31, den ersten Außenring 37, das Zahnrad 3, das innere Zahnrad 3a, das äußere Zahnrad 9a, das Zahnrad 9, den zweiten Außenring 39 und den Ring 33 erzeugt. Wenn dem Eingangsleiter oder Eingangsdraht der Spule 29 ein Strom zugeführt wird, bildet sich ein anderer Magnetkreis durch den Ring 33, den dritten Außenring 41, das Zahnrad 11, das äußere Zahnrad 11a, das innere Zahnrad 13a, das Zahnrad 13, den vierten Außenring 43 und den Ring 35. Das Paar der Spulen 27 und 29 arbeitet als Differenzübertra­ ger zur Kompensation der Drift der Ausgangswertes von einer der Spulen 27 und 29. Ein Ende der elastischen Blattfedern 45, die aus rostfreiem Stahl gefertigt sind, ist an der er­ sten Stützplatte 1 festgelegt und das andere Ende hiervon ist an der zweiten Stützplatte 15 festgelegt. Die Biegeteile der elastischen Blattfedern 45 erzeugen die Relativdrehung zwischen erster Stützplatte 1 und zweiter Stützplatte 15.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang Linie IV-IV in Fig. 3. Man erkennt säulenförmige Bolzen oder Zapfen 51 und 53 mit einer Abstufung, welche als Drehwinkel-Begrenzungseinrich­ tungen dienen. Die Köpfe der Bolzen 51 und 53 weisen ge­ neigte Abschnitte 55 und 57 auf und jeder Bolzen 51 bzw. 53 ist in Ausnehmungen 61 bzw. 16 geführt. Da zwischen einem engeren Bereich 61a der Ausnehmung 61 und dem Bolzen 51 oder 53 ein schmaler Spalt 51 vorhanden ist, können die erste Stützplatte 1 und die zweite Stützplatte 15 im Uhrzeigersinn oder entgegen Uhrzeigersinn innerhalb eines Bereiches von 1,5° drehen. Die Bolzen 51 und 53 dienen als Schutz vor Be­ schädigung verursacht durch ein Überbiegen des Biegeberei­ ches der elastischen Blattfedern 45. Ein weiterer Bereich 61b der Ausnehmung 61 und die Bolzen 51 und 53 dienen als Anschlag als Schutz vor einem Nachgeben der ersten Stütz­ platte 1 und der zweiten Stützplatte 15, wenn alle elasti­ schen Blattfedern 45 aufgrund bestimmter Umstände brechen.

Fig. 5 ist ein Schnitt entlang Linie V-V bzw. V'-V' in Fig. 3. Hierbei sind die Ansichten nach V-V oder V'-V' identisch. Gemäß Fig. 5 liegt das innere Zahnrad 3a am äußeren Bereich des Zahnrades 3 dem äußeren Zahnrad 9a am inneren Bereich des Zahnrades 9 mit einem schmalen Spalt gegenüber. Änderun­ gen im Abstand zwischen dem inneren Zahnrad 3a und dem äuße­ ren Zahnrad 9a bewirken eine Veränderung des magnetischen Widerstandes in dem Magnetkreis.

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der elastischen Blattfeder 45 und Fig. 7 zeigt eine Vorderansicht der elastischen Blattfeder 45. Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, sind an beiden Enden der elastischen Blattfedern 45 Verjüngungen oder Einkerbungen 45a und 45b zur Einfügung oder zum Einset­ zen in die Kerben 47 (Fig. 2) vorgesehen.

Die Fig. 8 und 9 zeigen ein Lenkrad 63 mit der lenkwel­ lenseitigen Dreheinrichtung gemäß der ersten Ausführungs­ form. Eine Ende der Lenkwelle 67 ist mit einem Keilwellen­ profil 69 versehen, welches mit der Keilwellenausnehmung 15a an der zweiten Stützplatte 15 in Eingriff ist. Die Lenkwelle 67 ist mittels einer Mutter 65 an der zweiten Stützplatte 15 in axialer Richtung befestigt.

Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen ersten Ausfüh­ rungsform wird nun im folgenden erläutert. Wenn auf das Lenkrad 63 eine Lenkkraft oder ein Drehmoment aufgebracht wird, dreht die erste Stützplatte 1 zusammen mit dem Lenkrad 63. Wenn hierauf die Lenkkraft oder das Drehmoment über die elastischen Blattfedern 45 auf die zweite Stützplatte 15 übertragen wird, findet eine Relativdrehung zwischen der er­ sten Stützplatte 1 und der zweiten Stützplatte 15 statt. Durch diese Relativdrehung deformieren sich die Biegeteile der elastischen Blattfedern 45 elastisch und der Abstand zwischen dem inneren Zahnrad 3a und dem äußeren Zahnrad 9a oder dem inneren Zahnrad 13a und dem äußeren Zahnrad 11a än­ dert sich. Wenn die Distanz oder der Abstand zwischen diesen inneren Zahnrädern 3a und 13a und den äußeren Zahnrädern 9a und 11a verändert wird, verändert sich auch der magnetische Widerstand in dem Magnetkreis gebildet durch die Spule 27 oder die Spule 29. Diese Änderung im magnetischen Widerstand wird über die Ausgangsleiter der Spulen 27 und 29 der elek­ trischen Steuereinheit 50 zugeführt. Die elektrische Steuereinheit 50 verarbeitet die Ausgangssignale von den Spulen 27 und 29 und setzt den erfaßten Wert in einen Wert für die aufgebrachte Lenkkraft oder das aufgebrachte Lenk- Drehmoment um.

In der ersten Ausführungsform wird die Lenkkraft durch die Mehrzahl von elastischen Blattfedern 45 mit den Biegeteilen übertragen, wobei die elastischen Blattfedern 45 nur gebogen werden, ohne irgendeine Torsion zu erfahren. Da die Blattfe­ dern 45 keine Torsion erfahren, kann eine hohe Standzeit oder Lebensdauer der Drehkraftübertragungsvorrichtung insge­ samt erzielt werden. Weiterhin sind die elastischen Blattfe­ dern 45 um das Drehzentrum oder die Drehachse der Lenkwelle 67 herum angeordnet, so daß die Steifigkeit in axialer und radialer Richtung höher wird. Da die vorliegende Erfindung die dünnen elastischen Blattfedern 45 verwendet, kann die Lenkkraftdetektion oder -erfassung eine hohe Empfindlichkeit haben, ohne daß die Festigkeit oder Steifigkeit in axialer und radialer Richtung verringert wird, wobei die Festigkeit weiterhin dadurch erhöht wird, daß eine Mehrzahl von elasti­ schen Blattfedern 45 verwendet wird.

Anstelle der elastischen Blattfedern 45 läßt sich in der er­ sten Ausführungsform auch eine Mehrzahl elastischer säulen- oder staubförmiger Bauteile verwenden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 erfolgt nun eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausfüh­ rungsform gemäß den Fig. 1 bis 9 versehen und eine noch­ malige detailierte Beschreibung erfolgt nicht.

Die wesentlichsten Unterschiede zwischen der bisher be­ schriebenen ersten Ausführungsform und der zweiten Ausfüh­ rungsform gemäß den Fig. 10 und 11 sind wie folgt:

In der zweiten Ausführungsform sind die zweite Stützplatte 15 und die Lenkwelle 67 durch Kunststoffzapfen 71 und 73 miteinander verbunden. Da die Kunststoffzapfen 71 und 73 eine gewisse Stärke haben, werden sie abgeschert, wenn eine gewisse Kraft aufgebracht wird. Wenn die Zapfen 71 und 73 abgeschert werden, lösen sich die zweite Stützplatte 15 und die Lenkwelle 67 voneinander.

Da in der zweiten Ausführungsform die Kunststoffzapfen 71 und 73 vorgesehen sind, liegt ein stoßabsorbierendes System vor zur Absorption eines Stoßes oder Schlages, indem das Lenkrad mit der zweiten Stützungsplatte 15 gegenüber der Lenkwelle 67 frei dreht, wenn die Zapfen 71 und 73 durch einen Stoß oder Schlag abgeschert werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 19 werden nun die wesentlichen Teile einer dritten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung erläutert. Hierbei ist Fig. 12 eine Drauf­ sicht auf einen Teil dieser Ausführungsform aus Sicht der ersten Stützplatte 1, Fig. 13 ist ein Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 12 und Fig. 14 ist eine Ansicht von unten aus Sicht der zweiten Stützplatte 15. Fig. 15 ist ein Schnitt entlang Linie XV-XV in Fig. 12.

Gemäß den Fig. 17 und 18 ist eine elastische Platte 95 vorgesehen, welche im Querschnitt C-förmig ist und an ihren beiden freien Schenkeln Hakenteile 95a aufweist, welche in Kerben 115 (Fig. 19) einer oberen stationären Platte 101 und einer unteren stationären Platte 99 eingreifen. Wie aus Fig. 16 hervorgeht, sind an den vier Kanten der Kerben 115 abge­ rundete Stirnflächen 113 vorgesehen. Die untere stationäre Platte 99 und die obere stationäre Platte 101 weisen umfang­ seitige Vorsprünge 99a und 101a auf, wie aus Fig. 15 hervor­ geht. Diese Vorsprünge 99a und 101a begrenzen die Bewegung der elastischen Platte 95 in radialer Richtung. Die zweite Stützplatte 15 weist einen zylindrischen Bereich 15X auf, der torusförmig ausgebildet ist und an der unteren statio­ nären Platte 99 mit Sechskantschrauben 91 und Muttern 111 befestigt ist, wodurch die Hakenteile 95a der elastischen Platten 95 festgeklemmt werden. Auf gleiche Art und Weise ist die erste Stützplatte 1 mit der oberen stationären Platte 101 über Schrauben 91 und Muttern 109 verbunden, so daß die Hakenteile 95a der elastischen Platten 95 festge­ klemmt werden. Die Spitze des zylindrischen Bereiches 15X der zweiten Stützplatte 15 ragt hierbei in den Mittenab­ schnitt der oberen stationären Platte 101 und die erste Stützplatte 1 hält einen spezifizierten Abstand hierzu ein. Eine obere Scheibe 87 ist an dem zylindrischen Bereich 15 der lenkwellenseitigen Stützplatte 15 unter Verwendung von Bolzen oder Schrauben 97 befestigt.

Gemäß Fig. 12 sind an der oberen Scheibe 87 Anschläge 94 vorgesehen, deren Durchmesser um einen bestimmten Betrag größer ist als der der Schrauben 91. Abgeschrägte Bohrungen 85 sind an der ersten Stützplatte 1 vorgesehen, um die erste Stützplatte 1 unter Verwendung von Schrauben oder derglei­ chen mit dem Lenkrad zu verbinden. In Fig. 13 sind ein lenkradseitiges Drehteil 103 und ein lenkwellenseitiges Drehteil 105 unter Verwendung von Schrauben 93 bzw. 103 mit der ersten Stützplatte 101 bzw. der zweiten Stützplatte 15 verbunden. Wenn die elastischen Platten 95 jeweils in den Kerben 115 in den stationären Platten 99 und 101 eingesetzt sind, ist die Lage der Kerbe 115 in der oberen Platte 101 gegenüber der Kerbe 115 in der unteren Platte 99 um 1° ver­ schoben. Wenn sie somit über die Schrauben 91 und die Mut­ tern 109 und 111 befestigt sind, sind die elastischen Plat­ ten 95 einer Anfangsbelastung oder Vorspannung unterworfen aufgrund der Verschiebung von 1° der Kerben 115 in den obe­ ren und unteren stationären Platten 99 und 101. Somit kann ein gewisser Totgang zwischen den Platten 95 und den oberen und unteren Platten 99 und 101 beseitigt werden und weiter­ hin können die Rückstellkräfte in die Ausgangslage bzw. eine unbelastet Stellung erhöht werden, was die Notwendigkeit des Einstellens eines Nullpunktes beseitigt.

Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen dritten Ausfüh­ rungsform wird nachfolgend erläutert. In Fig. 13 drehen das lenkwellenseitige Drehteil 105, die untere stationäre Platte 99 und die obere Scheibe 87 gleichzeitig mit der Lenkwelle. Andererseits drehen die erste Stützplatte 1, die obere sta­ tionäre Platte 101 und das lenkradseitige Drehteil 103 zu­ sammen mit dem Lenkrad 63. Wenn somit das Lenkrad 63 gedreht wird, tritt aufgrund der elastischen Platten 95 zwischen dem Lenkrad 63 und der Lenkwelle 67 eine Relativdrehung auf. Das Auftreten dieser Relativdrehung verursacht eine Änderung der Relativlagen zwischen quadratischen Ausnehmungen in dem lenkradseitigen Drehteil 103 und quadratischen Ausnehmungen in dem lenkwellenseitigen Drehteil 105. Die hierdurch her­ vorgerufene Änderung im magnetischen Fluß wird erfaßt durch die in der ersten Ausführungsform bereits erläuterten Erfas­ sungs- oder Erkennungsvorrichtungen.

Wenn die Relativdrehungen zwischen der ersten Stützplatte 1 und der zweiten Stützplatte 15 auftritt, werden die elasti­ schen Platten 95 in einem Biegebereich gebogen, wie die Blattfedern in der ersten Ausführungsform.

Aufgrund der abgerundeten Stirnflächen 113 gemäß Fig. 16 und da sich die Kontaktfläche der elastischen Platten 95 mit den Stirnflächen 113 abhängig vom Drehmoment oder der Drehkraft ändert, können die elastischen Platten 95 leicht gebogen werden, selbst wenn das Drehmoment oder die Drehkraft gering ist (solange der Biegungsgrad der elastischen Platten 95 ge­ ring ist) und die elastischen Platten 95 werden relativ hart gegenüber einer Biegebelastung, wenn die Drehkraft oder das Drehmoment zunimmt (wenn die Biegung der elastischen Platten 95 groß ist), da die Anlagefläche der elastischen Platten 95 mit den Stirnflächen 113 größer wird. Somit wird eine Rela­ tivdrehung dann leicht erzeugt, wenn das durch Drehen des Lenkrades erzeugte Drehmoment gering ist und die Relativdre­ hung läßt sich nicht mehr so leicht erzeugen, wenn besagtes Drehmoment oder besagte Drehkraft groß ist. Da das Drehmo­ ment oder die Drehkraft nicht proportional zum Betrag der Relativdrehung ist, läßt sich die gewünschte bzw. benötigte Charakteristik dahingehend erzeugen, daß eine empfindliche Lenkkraftdetektion möglich ist, wenn die Lenkkraft klein ist und umgekehrt.

Unter Bezug auf die Fig. 20 bis 30 erfolgt dann eine Be­ schreibung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch hier bezeichnen gleiche Bezugszeichen glei­ che oder einander entsprechende Bauteile wie in den Fig. 1 bis 19 und eine nochmalige detailierte Beschreibung erfolgt nicht.

Fig. 20 zeigt schematisch den Einbau einer Lenkkrafterken­ nungsvorrichtung dieser Ausführungsform in einem Lenkrad. Fig. 21 zeigt einen Querschnitt durch wesentliche Bereiche von Fig. 20 und die Fig. 22 und 23 veranschaulichen die ela­ stischen Bauteile, die in dieser Ausführungsform zur Anwen­ dung gelangen. Besagte elastische Bauteile sind ringförmig mit einem ausgeschnittenen Teil (ähnlich einem Sprengring) und an den beiden freien Enden des ringförmigen Bauteils sind Vorsprünge 125, 127, 129 und 131 mit entsprechenden Bohrungen 131, 135, 137 und 139 angeformt. Die Fig. 24 bis 26 veranschaulichen schematisch die Lagebeziehung zwischen einem lenkradseitigen Stützteil 117, einem lenkwellenseiti­ gen Stützteil 123 und elastischen Bauteilen 119, 121 und 119a. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Feder­ konstanten des Satzes aus zwei elastischen Bauteilen 119 und 119a und die diejenige des elastischen Bauteils 121 alleine gleich. Gemäß Fig. 26 ist ein Bolzen 141a des lenkradseiti­ gen Stützteils 117 in Eingriff sowohl mit der Bohrung 135 des Bauteils 119 als der Bohrung 135 des Bauteils 119a. Ein Bolzen 145a des lenkwellenseitigen Stützteils 123 ist in Eingriff sowohl mit der Bohrung 133 des elastischen Bauteils 119 und der Bohrung 133 des elastischen Bauteils 119a. In dem elastischen Bauteil 121 ist ein Bolzen 143a mit der Boh­ rung 139 des elastischen Bauteils 121 in Eingriff. Weiterhin ist ein Bolzen 147a mit der Bohrung 137 des elastischen Bau­ teils 121 in Eingriff.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 27 bis 30 erfolgt nun eine de­ tailierte Beschreibung dieser Ausführungsform. Fig. 27 ist hierbei eine Draufsicht auf das lenkradseitige Stützteil 117. Das lenkradseitige Stützteil 117 ist torusförmig mit Anschlagflächen 117a, 117b, 117c und 117d. Fig. 29 zeigt eine Draufsicht auf das lenkwellenseitige Stützteil 123. Vorspringende Hakenbereiche 155 und 157 sind mittels Bolzen 159 an dem lenkwellenseitigen Stützteil 163 befestigt. Hier­ bei drehen das lenkradseitige Stützteil 117 und das lenkwel­ lenseitige Stützteil 123 relativ mittels Lagern 149 und 151 und sie sind mit den elastischen Bauteilen 119, 119a und 121 in Verbindung. Fig. 28 zeigt einen Schnitt durch diese Aus­ führungsform entlang Linie XXVIII-XXVIII in Fig. 27. Fig. 30 ist ein Schnitt entlang Linie XXX-XXX in Fig. 29. Gemäß Fig. 28 ist ein lenkwellenseitiges Drehteil 163 mittels Bolzen oder Schrauben 165 an dem lenkwellenseitigen Stützteil 123 befestigt. Ein lenkradseitiges Drehteil 161 ist mit der hin­ teren unteren Seite eines weiteren lenkradseitigen Stütz­ teils 118 in Verbindung. Die beiden lenkradseitigen Stütz­ teile 117 und 118 sind mittels Sechskantschrauben 146 und 153 miteinander verbunden. Wenn bei der in Fig. 28 darge­ stellten Vorrichtung das Lenkrad gedreht wird, drehen die lenkradseitigen Stützteile 117 und 118, das lenkradseitige Drehteil 161, der Bolzen 143a und der Bolzen 141a mit. Die auf das lenkradseitige Stützteil 117 aufgebrachte Lenk- oder Drehkraft wird auf das lenkwellenseitige Stützteil 123 über die Bolzen 147a und 145a (Fig. 30) übertragen. Als Ergebnis der in den elastischen Bauteilen 119, 119a und 121 aufgebau­ ten Belastung drehen das lenkradseitige Drehteil 161 und das lenkwellenseitige Drehteil 163 relativ zueinander. Die Er­ fassung der Änderung im magnetischen Fluß verursacht durch diese Relativdrehung wird wie in der vorher beschriebenen ersten Ausführungsform durchgeführt.

Aufgrund der speziellen Formgebung der elastischen Bauteile ist jedes elastische Bauteil 119, 119a und 121 bei der be­ schriebenen Ausführungsform so ausgelegt, daß in besagten Bauteilen 119, 119a und 121 eine Anfangsbelastung oder Vor­ spannung erzeugt wird. Genauer gesagt, die Bauteile 119, 119a und 121 werden deformiert, wenn die Bolzen 141a, 143a, 145a, und 147 in die Bohrungen 133, 135, 137 und 139 einge­ führt werden, so daß ein Totgang zwischen den elastischen Bauteilen und den Bolzen verhindert werden kann. Die Rück­ stellkraft in die Ausgangslage unter unbelastetem Zustand kann erhöht werden und es besteht keine Notwendigkeit mehr, den Nullpunkt speziell einzujustieren. Da die auf die Bau­ teile 119, 119a und 121 wirkenden Kräfte Dehnungs- oder Zug­ kräfte sind und da die Abscherbelastung, welche auf diese Bauteile wirkt kleiner ist, als in der vorhergehenden Aus­ führungsform, ist es möglich, kleine elastische Bauteile zu verwenden. Weiterhin ist der Drehbetrag des lenkradseitigen Stützteils 117 und des lenkwellenseitigen Stützteil 123 be­ grenzt, da die vorstehenden Hakenbereiche 155 bzw. 157 mit den Anschlagflächen 117a bis 117d in Berührung kommen. Da somit die Drehung bzw. hier die Relativdrehung nicht über einen bestimmten Betrag hinausgehen kann, werden die elasti­ schen Bauteile vor Beschädigungen aufgrund eines überhöhen aufgebrachten Drehmomentes oder einer überhöhen Lenkkraft oder aufgrund von Schlägen oder Stößen geschützt.

Unter Bezug auf die Fig. 31 bis 33 erfolgt nun eine Be­ schreibung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In dieser Ausführungsform werden zwei Arten von plattenför­ migen elastischen Bauteilen 167 und 169 mit unterschiedli­ chen Federkonstanten verwendet. Ein Ende der Bauteile 167 bzw. 169 ist mit Schrauben 173 und Muttern 175 unter Zwi­ schenschaltung eines Federhalteteils 171 festgelegt und das andere Ende ist mit Bolzen 177 und 179 an dem Lenkrad befe­ stigt. Gemäß Fig. 32 ist ein lenkwellenseitiges Drehteil 189 an einem lenkwellenseitigen Stützteil 183 mit Bolzen 185 be­ festigt. Das lenkwellenseitige Stützteil 183 ist mittels Bolzen 197 an einer Scheibe 195 befestigt und das Federhal­ teteil 171 ist mit der Scheibe 195 mit Bolzen 199 befestigt.

Die elastischen Bauteile 167 und 169 sind mit Bolzen 173 und Muttern 175 mit dem Federhalteteil 171 verbunden.

Ein lenkradseitiges Drehteil 187 ist mit Bolzen 193 an einem lenkradseitigem Stützteil 181 befestigt. Zwischen dem lenkradseitigem Stützteil 181 und dem lenkwellenseitigen Stützteil 183 ist ein Lager 191 angeordnet. Fig. 33 zeigt die elastischen Bauteile 167 und 169 in zusammengebautem Zu­ stand, wobei in dem zusammengebauten Zustand eine Vorspan­ nung geschaffen wird, wie in Fig. 33b dargestellt. Genauer gesagt, Fig. 33 (a) zeigt die Einbaulage vor dem Aufbringen der Vorspannung und Fig. 33 (b) zeigt die Einbaulage unter Vorspannung. Wenn bei dieser Ausführungsform das Lenkrad ge­ dreht wird und somit das lenkradseitige Stützteil 181 und das lenkradseitige Drehteil 187 gedreht werden, werden die elastischen Bauteile 167 und 169 verbogen und übertragen Kräfte auf das lenkwellenseitige Stützteil 183. Dies hat zur Folge, daß das lenkradseitige Drehteil 187 und das lenkwel­ lenseitige Drehteil 189 zueinander relativ eine Drehung aus­ führen und die Änderung im magnetischen Fluß durch die Rela­ tivdrehung verursacht wird, wie in der ersten Ausführungs­ form. Bei dieser beschriebenen Ausführungsform können die elastischen Bauteile 167 und 169 in einem Speichenabschnitt des Lenkrades angeordnet werden und ein Säulenbereich 201 des Lenkrades verbleibt leer.

Claims (5)

1. Lenkkrafterfassungsvorrichtung zur Erfassung eines beim Drehen eines Lenkrads erzeugten Lenk-Drehmoments, mit
einer zusammen mit dem Lenkrad (63) drehenden, lenk­ radseitigen Dreheinrichtung (1),
einer zusammen mit einer Lenkwelle drehenden, lenkwel­ lenseitigen Dreheinrichtung (15),
einer Mehrzahl von Drehkraftübertragungselementen (45), die zur Übertragung der Lenkkraft von der lenkradsei­ tigen Dreheinrichtung (1) auf die lenkwellenseitige Dreh­ einrichtung (15) dienen, um die Drehachse der Lenkwelle herum angeordnet sind und mit ihren Enden mit der lenkrad­ seitigen Dreheinrichtung (1) und der lenkwellenseitigen Dreheinrichtung (15) verbunden sind, und ferner einen ela­ stisch deformierbaren Biegebereich aufweisen, der bei einer Relativdrehung zwischen der lenkradseitigen Dreheinrichtung (1) und der lenkwellenseitigen Dreheinrichtung (15) ela­ stisch deformiert wird, und
einer Erfassungseinrichtung (27, 29, 50) zur Erfassung einer Relativdrehung zwischen der lenkradseitigen Drehein­ richtung (1) und der lenkwellenseitigen Dreheinrichtung (15),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehkraftübertragungselemente (45) an ihren beiden Enden jeweils mit Einkerbungen (45a, 45b) versehen sind, mittels derer sie in die lenkradseitige Dreheinrich­ tung (1) bzw. die lenkwellenseitige Dreheinrichtung (15) eingesetzt sind, und
daß zwischen der lenkradseitigen Dreheinrichtung (1) und der lenkwellenseitigen Dreheinrichtung (15) eine Dreh­ winkel-Beschränkungseinrichtung (51, 53) zur Begrenzung des Maximalwinkels der Relativdrehung zwischen der lenkradsei­ tigen Dreheinrichtung (1) und der lenkwellenseitigen Dreheinrichtung (15) angeordnet ist.

2. Lenkkrafterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkraftübertragungselemente (45) symmetrisch angeordnet sind.

3. Lenkkrafterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkraftübertragungsele­ mente (45) als elastische Platten ausgebildet sind, die derart angeordnet sind, daß ihre Mittelebene rechtwinklig zur Lenkwellen-Drehrichtung verläuft.

4. Lenkkrafterfassungsvorrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh­ kraftübertragungselemente (45) derart angeordnet sind, daß ihre Längsrichtung parallel zur Mittelachse der Drehein­ richtungen (1, 15) verläuft.

5. Lenkkrafterfassungsvorrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zylindrische Dreheinrichtung, deren Oberseite in die Lenkwelle einge­ setzt ist und die mit einer zweiten Lenkwelle verbunden ist, und einer Verbindungsvorrichtung (71, 73) zur Verbin­ dung der zylindrischen Dreheinrichtung mit der zweiten Lenkwelle, derart, daß die Verbindungsvorrichtung (71, 73) eine Trennung der Verbindung zwischen der zylindrischen Dreheinrichtung und der zweiten Lenkwelle bewirkt, wenn eine bestimmte Kraft auf die Verbindungsvorrichtung (71, 73) ausgeübt oder überschritten wird.