KR20000017000A

KR20000017000A - 토크를 기록하기 위한 회전각 리미터를 갖는 센서를 제조하는방법 및 이 방법에 의해 제조된 센서

Info

Publication number: KR20000017000A
Application number: KR1019990031651A
Authority: KR
Inventors: 누하트 바흐나크
Original assignee: 요한 요트너,헤르베르트 코네감프; 만네스만 파우데오 아게
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2000-03-25
Also published as: JP2000055751A; EP0978713A2; US6257075B1; DE19834897C1; EP0978713A3

Abstract

센서(1)에서, 먼저 스티어링 샤프트(4)의 두 개의 단면(3, 12)이 측정 셀(9)을 갖는 비틀림 봉(10)에 의해 연결된다. 과부하에 대한 보호의 목적으로, 센서(1)는, 하우징(2)에서 종방향 및 횡방향으로 스텝방식을 연장하며, 단면(3, 12) 및 비틀림 봉(10)에 초기에 연결되는 분리선(5, 6)에 의해 형성된 회전각 리미터(7)를 갖는다. 이 때문에, 비틀림 봉(10)이 센서(1)의 하우징(2)에 대하여 제한된 범위로 회전될 수 있으며, 회전각 차이는 종방향으로 연장하는 분리선(5)의 폭에 의해 결정된다. 따라서, 회전각 리미터(7)는 설치 동안에, 치수편차에 크게 무관하며, 가해진 회전력의 정확한 결정을 가능케 한다.

Description

토크를 기록하기 위한 회전각 리미터를 갖는 센서를 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 센서 {METHOD FOR MANUFACTURING A SENSOR WITH A SWING ANGLE LIMITER FOR DETECTING TORQUE AND SENSOR MANUFACTURED BY SAID METHOD}

본 발명은 하우징과 토크, 특히 자동차의 스티어링 샤프트 안으로 도입되는 토크를 기록하기 위한 측정 셀을 갖는 센서를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 센서는 과부하에 대하여 센서를 보호하기 위하여 하우징과 측정 셀 사이의 회전각차이를 제한하는 회전각 리미터를 갖는다. 또한, 본 발명은 이 방법으로 제조된 센서에 관한 것이다.

이러한 센서들은 스티어링 상에 작용하는 힘들을 측정하기 위하여, 현재의 자동차의 파우어-스티어링 시스템들에 사용된다. 그리고, 이 방식으로 얻어진 측정값들은, 이 측정값들로부터 파우어-스티어링 시스템용, 바람직하게는 전기 또는 전동 유압 파우어-스티어링 시스템용 신호를 계산하는 제어유닛에 제어변수로서 제공된다. 이 경우에, 스티어링 작동력은 초기에는 예정된 토크 이하에서 도움이 되지 않는다. 따라서, 운전자는 그 자신이 스티어링 작동력을 가하여야만 한다. 스티어링에 작용하는 힘들의 피드백이 그래서 운전자에서 이용할 수 있게 된다. 이 문턱값 이상에서, 제어유닛은 동력도움, 그래서 일정한 스티어링 작동력을 보장하여, 운전자에 의해 가하여질 스티어링 작동력은 항상 쾌적 범위 내에 있게 된다. 그래서, 파우어-스티어링 시스템들에서 앞서 종종 비난받는“스폰지 구동 느낌”이 없어지게 된다.

회전력을 기록하기 위하여, 센서는 스티어링 샤프트의 단면 내로 삽입되어, 스티어링 샤프트 안으로 도입된 힘들은 측정 셀을 갖는 비틀림 봉에 의해 전달된다. 그러므로, 도입된 스티어링 힘은 비틀림을 일으키는 효과를 가지며, 이 비틀림은 측정 셀에 의해 기록되며, 예를 들면, 스트레인 게이지에 의해 스트레인으로서 측정된다. 안정성의 이유 때문에, 이러한 센서가 사용될 때, 회전각 리미터가 제공되어야 하며, 이 회전각 리미터가 센서에 의해 연결된 스티어링 샤프트의 두 개의 단면 사이의 회전각 차이를 제한하여, 측정 셀의 장애가, 예를 들면, 비틀림 봉의 과부하 및 파괴가 스티어링의 손상에 이르게 하지 않는다. 또한, 회전각 리미터는, 소성변형에, 그래서 측정 셀에 대한 손상에 이르게 할 수 있는 너무 큰 함몰부에 대하여 측정 셀을 보호하는 역할을 한다. 일반적으로 운전자로서 실시된, 이 회전각 리미터는 이 목적에 대하여 단지 제한된 회전각 차이를 가능케 하며, 이것은 종종 약 5。이다. 이 최대 회전각 차이가 초과되자마자, 스티어링 샤프트 상에 작용하는 힘들은 회전각 리미터에 의해 본질적으로 전달된다.

공지의 센서들은 그렇지 않으면, 올바른 측정값들의 기록이 센서의 설치에 있어서의 편차 때문에 불가능하므로, 회전각의 차이가 상당히 크게 선정되어야 하는 불리한 점이 있었다. 더 작은 허용가능 회전각 차이들의 경우에, 최악의 경우 공차값들은, 측정값의 기록이 가능하기 전에 회전 각도 리미터에 의해 전달되는 회전운동을 초래한다. 이 상당히 큰 최대 회전각 차이는 시스템의 거동에 불리한 영향을 주며, 일부 환경 하에서는 운전자에 의해 인지될 수 있다. 특히, 이것은 운전자에게 불확정의 상태를 초래하는, 시간-지연 시스템 거동을 초래할 수 있다. 대비에 의해, 오로지 전기적으로 동작하는 파우어-스티어링 시스템들은, 이 형태의 높은 허용가능 회전각 차이의 경우에 확보될 수 없는 특히 신속하고 정밀한 측정값들을 필요로 한다.

본 발명은 작은 회전각 차이에서조차도 측정값의 기록이 높은 정밀도를 가지고 행해질 수 있는 방식으로, 처음에 언급한 형태의 센서를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 동시에, 제조가 단순화되고 설치에 관련한 비용이 감소될 것이다. 또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 센서가 제공될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 센서의 부분 절단된 횡단면도.

도 2는 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면 상태의 센서를 도시한 단면도.

도 3은 부분 횡단면도에서의 90。회전한 센서를 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 센서 2 : 하우징

3, 12 : (스티어링 샤프트)의 단면 4 : 스티어링 샤프트

5, 6 : 분리선 7 : 회전각 리미터

8, 13 : 호울더 9 : 측정 셀

10 : 비틀림 봉 11 : 맞춤 핀

14 : 개구부 15, 17 : 물림부

16, 16a : 함몰부

본 발명에 따라, 먼저 측정 셀과 하우징이 연결되어 단일 구조 유닛을 형성하고, 다음에 제 1 하우징 부분이 측정 셀의 제 1 단에 연결되고 제 2 하우징 부분이 측정 셀의 제 2 단에 연결되는 방식으로 하우징과 측정 셀을 예정된 분리선에 따라 분리시켜, 회전각 리미터를 형성한다는 점과 하우징 부분들 사이의 제한된 회전각 차이가 가능하다는 점에서 처음에 언급한 문제점이 해결된다. 이 수단에 의해, 측정 셀과 하우징이 상당히 높은 공차값들을 가지고 초기에 제조되고 서로 연결될 수 있다. 회전각 리미터에 의해 허용 가능한 최대 회전각 차이는 결과적으로 분리선의 배열에 의해서만, 특히 분리선의 폭에 의해서만 결정되어, 부품들의 치수편차들은 전혀 영향이 없다. 따라서, 매우 낮은 회전각 차이들은 정밀한 측정을 위해 충분하여, 어떠한 지연 트랜스미션 거동도 일어날 수 없다. 동시에, 더 높은 공차값들 때문에 설치가 상당히 더 용이하게 된다.

최대 회전각 차이를 초과할 때 두 개의 하우징부분들 사이의 마찰 또는 힘-전달 연결이 이루지는 방식으로 분리선이 만들어질 수 있다. 그러나, 하우징 부분들을 형상-끼워맞춤 방식으로 연결하기 위하여 분리선이 형성되는 본 발명의 실시예는 특히 유리하다. 따라서, 하우징과 측정 셀 사이의 최대 회전각 차이는 분리선의 형상에 의해 높은 정밀도로 미리 결정되며, 마모의 영향은 특히 중요하지 않다. 최대 회전각 차이는, 다른 적용을 채용하는 것을 용이하게 가능하게 하는 분리선 폭에 의한 제조공정 동안에 용이하게 설정될 수 있다.

특히, 하우징부분들을 연결하는 분리선이 물림 연결 방식으로 형성되는 본 발명에 따른 방법의 개량이 이것에 아주 적합하다. 이 경우에, 적어도 하나의 물림부는 대응하는 리세스와 맞물려서, 회전각 차이가 한 방향 및 반대 방향에서 초과될 때 적어도 하나의 접촉면이 각각의 경우에 물림부와 리세스 사이에 형성된다. 이 방식으로 형성된 물림부의 수는 원칙적으로 임의적이며, 실제로는 예를 들면 두 개다.

특히, 본 발명에 따른 방법은 측정 셀이 맞춤 핀에 의해 하우징에 연결되는 경우에 유리하다. 이것은 하우징과 측정 셀로 이루어진 구조물 유닛을 응력없이 크게 제조할 수 있게 한다. 그러므로, 하우징의 차후의 분리는 서로에 관련한 부품들의 상대적 위치에 어떠한 변화를 초래하지 않는다. 측정값의 기록에서의 가능한 에러의 원인이 이 방식에 의해 신뢰성 있게 제거될 수 있다.

측정 셀과 하우징이 서로 접착제에 의해 접합되어 하나의 구조물 유닛을 형성한다면, 본 발명의 방법의 다른 하나의 특히 유리한 개량이 제공된다. 이 방법의 이러한 우수한 개량은 센서의 개개의 부품들의 단지 높은 치수정밀도를 필요로 한다. 연결점들은 단지 접착제에 의해서만 함께 결합되며, 부품들은 응력없이 대부분 놓여질 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 분리선이 하우징의 원주면상에 만들어질 때, 특히 유리하다. 이것은 센서를 소형으로 구현할 수 있게 하며, 그 결과 스티어링의 외부 치수들이 변하지 않게 된다. 또한, 최대 전달력(maximum transmissible forces)이 센서에 의해 단지 약간만 변하게 된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 하나의 특히 유리한 개량은 분리선이 하우징의 단부면상에 만들어짐으로써 제공된다. 분리선이 만들어질 때 절단방향이 측정 셀의 방향으로 향하지 않게 되기 때문에, 분리작동 동안에 측정 셀에 대한 손상이 크게 없어지게 된다. 따라서, 부주의로 하우징의 내부 안으로 너무 멀리까지 도달하는 절단공구는 측정 셀과 맞부딪치지 않는다.

본 발명에 따른 개량은 하우징이 측정 셀용 전기 접촉 수단이 끼워질 수 있는 오프닝을 구비할 때, 특히 유리하다. 따라서, 상기 수단은 하우징 내부에 문제점이 없이 놓여지며, 측정 셀의 차후 조절이 용이하게 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 개량은 측정 셀과 하우징이 축방향 유격을 가지고 연결되어 하나의 구조물 유닛을 형성할 때, 특히 유리하다. 따라서, 예를 들면, 열적 팽창은, 그렇지 않았으면, 측정 셀의 단부-압축에 의해 발생될 수 있는 것과 같은, 측정값들에 어떠한 변화도 초래하지 않는다.

서로 연결될 스티어링의 단면들에 의해 하우징이 형성되는 방법의 개량은, 역시 특히 간단하다. 이 방식에서, 측정 셀을 둘러싸는 함몰부를 구비하는 스티어링에 의해, 독립 부품으로서의 하우징은 필요 없게 된다. 그러므로, 측정 셀이 함몰부 안으로 삽입되는 것과, 스티어링의 두 개의 단면들이 서로 연결되는 것이 단지 필요하다. 이것이 설치 동안에 비용을 감소시킨다.

분리선이 물 분사 또는 레이저 절단에 의해 만들어진다면, 본 발명에 따른 방법의 실시예는 특히 유리하다. 이 경우에, 원하는 분리선이 조절 가능한 절단 깊이를 갖는 하우징에 만들어질 수 있어서, 아래에 놓인 측정 셀의 손상이 없어지게 된다. 이것 때문에, 분리선의 깊이는 충분한 정밀도를 가지고 설정될 수 있고 그 결과, 특히 원주면상의 분리선의 제작이 또한 상당히 간단하게 된다. 또한, 매우 좁은 분리선이 큰 정밀도를 가지고 이 방식으로 만들어질 수 있다.

두 번째 언급한 목적은 토크, 특히 자동차의 스티어링 샤프트 안에 도입된 토크를 기록하기 위한 측정 셀과 하우징을 갖는 센서를 제공하는 것이다. 측정 셀에 연결되어 하나의 구조물 유닛을 형성하는 하우징에 예정된 폭의 분리선에 의해 형성된 회전각 리미터에 의해, 과부하에 대하여 측정 셀을 보호하기 위하여 하우징과 측정 셀 사이에 회전각 차이를 제한하는 회전각 리미터를 갖는 본 발명에 따른 센서는 두 번째 문제점을 해결한다. 그러므로, 분리선은 측정 셀 및 하우징의 설치 동안에 존재할 수 있는 어떠한 공차들과도 무관하게 된다. 이 목적 때문에, 폭에 의해 측정 셀과 하우징 사이의 최대 회전각 차이를 동시에 결정하는 분리선이 측정 셀에 연결되는 하우징에 배열된다. 따라서, 설치 에러들이 크게 없어지게 되며, 이 방식으로 기록된 측정값들의 정밀도가 크게 개선된다.

본 발명의 특히 바람직한 개량은 하우징이 스티어링 샤프트의 단면에 의해 형성될 때 제공된다. 이 수단에 의해, 공간을 절약할 수 있고 제조가 용이한 센서를 얻을 수 있다. 이 경우에, 센서가 없는 배열체와 비교하여, 부하가 배열체에 걸릴 가능성이 실질적으로 변화가 없게 된다.

본 발명에서는 다양한 실시예가 가능하다. 기본적인 원리를 분명하게 하기 위하여, 이들 실시예들 중의 하나가 도면에 의해 예시되어 있으며, 아래에 설명될 것이다.

도 1은 센서(1)의 부분 절단된 측면도를 보여준다. 센서(1)는 하우징(2)을 가지며, 이 하우징은 우선 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)에 일체로 연결된다. 자동차의 스티어링 샤프트(도시되지 않음)는 단면(3)에 연결되어 있다. 예시된 위치에서, 하우징(2)은 회전축에 대하여 종방향으로 연장하는 분리선(5)과 회전축에 대하여 횡방향으로 연장하는 분리선(6)에 따라 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)으로부터 이미 분리되어 있다. 더 명확한 이해를 위하여, 먼저 도 3을 참고한다. 도 3은 서로 직각으로 연장하는 분리선(5 및 6)의, 물림 커플링의 방식으로 형성된, 경로를 보여준다. 이 때문에, 각 경우에 하우징(2)의 물림부(17)는 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)에 미러-상 형태로 실시된 함몰부(16)와 맞물린다. 단면(3)의 물림부는 하우징(2)의 대응하는 함몰부(16a)와 맞물린다. 그러므로, 최대 회전각의 차이는 맞물리는 물림부(15, 17)와 대응하는 함몰부(16, 16a) 사이의 유격, 다시 말하면, 종방향으로 연장하는 분리선(5)의 폭에 의해 형성되며, 유격은 회전각 리미터(7)로서 역할을 한다.

추가 설명을 위하여, 이제 도 1을 다시 참고할 것이다. 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)은, 측정 셀(9)을 갖는 비틀림 봉(10)이 맞물리는 호울더(8)를 가진다. 하우징(2)은, 서로 마주하는 두 개의 맞춤 핀(11)에 의해, 스티어링 샤프트(4)의 다른 단면(12)에 연결된다. 자동차의 스티어링 휘일들(도시되지 않음)이 단면(12)에 연결된다. 이 단면(12)은 형상-끼워맞춤 호울더(13)를 구비하고 있으며, 비틀림 봉(10)은 이 형상-끼워맞춤 호울더(13)에 응력없이 충분하게 고정된다. 두 개의 단면(3 및 12)은 비틀림 봉(10)에 의해 서로 연결된다. 하우징(2)은 측정 셀(9)에 연결된 전기 접촉 수단(도시되지 않음)용 개구부(14)를 가진다.

도 2는 선 Ⅱ-Ⅱ에 따라 절단된 도면에서의 센서(1)를 보여준다. 스텝방식으로 하우징(2)으로부터 절단되고 단면 예시도에 보여진 두 개의 물림부(17)와, 이들 물림부(17)와 맞물리는 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)의 대응하는 물림부(15)를 볼 수 있다. 이 목적 때문에, 하우징(2)은 네 개의 평행하고 종방향으로 연장하는 분리선(5)을 가지며, 그것들의 폭은 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)에 대한 하우징(2)의 제한된 회전 이동도를 결정한다. 또한, 도면의 평면에서 회전축에 대하여 횡방향으로 연장하는 분리선(6)을 볼 수 있다. 비틀림 봉(10)은 압력 맞춤으로 단면(3)의 호울더(8)안으로 삽입되며, 상기 호울더는 천공으로써 이루어지므로, 어떠한 각도에서도 비틀림 봉(10)의 무 응력, 특히 무 비틀림 삽입을 가능케 한다. 비틀림 봉(10)은 결과적으로 접착제를 사용한 나머지 자유공간들을 충전함으로써 고정되며, 유격이 없는 연결이 이루어진다.

도 3은 90。회전된 위치에서의 센서(1)의 부분적으로 절단된 예시도를 나타낸다. 서로 직각으로 스텝 방식으로 연장하는 분리선(5 및 6)을 따라 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)으로부터 분리된, 하우징(2)을 볼 수 있다. 그의 다른 끝단에는, 하우징(2)이 단면(12)상으로 밀리어지고, 맞춤 핀(11)에 의해 고정된다. 하우징(2)은 측정 셀(9)을 가지며, 두 개의 단면(3 및 12)을 서로 연결하는 비틀림 봉(10)을 둘러싼다. 종방향으로 연장하는 분리선(5)은 과도하게 높은 회전력의 경우에 회전각 리미터(7)로서 역할을 하여, 이것을 초과하는 회전력이 하우징(2)에 의해 단면(3)으로부터 단면(12)으로 직접 전달된다. 이 경우에, 분리선(5)의 폭은, 초기에 연결되어 하나의 구조유닛을 형성하였던, 측정 셀(9)과 하우징(2) 사이의 최대 회전각 차이를 결정한다. 따라서, 개개의 부품들의 공차값들은 단지 그 때 만들어진 분리선(5)에 대하여 어떠한 의미도 갖지 못한다. 횡방향으로 연장하는 분리선(6)은 회전각 차이에 어떠한 영향도 미치지 않으며, 예를 들면, 단면(3)상에 미리 만들어 질 수도 있다.

센서(1)는 다음 방식으로 만들어진다:

첫 단계로서, 비틀림 봉(10)은 스티어링 샤프트(4)의 단면(3)의 호울더(8) 안으로 끼워진다. 그래서, 단면(3) 및 비틀림 봉(10)은 견고한 유닛을 형성한다. 이어서, 비틀림 봉(10)은 단면(12)의 호울더(13)상으로 끼워진다. 이 경우에, 단면(3), 하우징(2) 및 단면(12)은 유격을 두고 서로에 대하여 끌어들여지고, 접착제에 의해 서로에 대하여 최초에 고정된다. 그리고, 하우징(2)은 맞춤 핀(11)에 의해 단면(12)에 끼워진다. 접착제 결합은, 예를 들면, 비틀림 봉(10)에서의 굽힘 또는 비틀림의 결과로 핀닝(pinning) 작동동안 응력이 발생하는 것을 방지한다. 이 상태에서, 단일 부품을 형성하는 하우징(2)은 단면(3)에 연결되며, 구조 엘리먼트들의 단면(3), 비틀림 봉(10) 및 단면(12)은 강성 유닛을 형성한다. 마지막 제조단계에서, 종방향으로 연장하는 분리선(5) 및 횡방향으로 연장하는 분리선(6)(후자가 미리 만들어지지 않았다면)은 레이저 또는 물 제트의 도움으로 만들어지며, 그 결과로서, 하우징(2)은 단면(12)과 비틀림 봉(10)을 거쳐서 단면(3)에 단지 간접적으로 연결된 상태로 된다. 이 방식으로, 분리선(5)에 대한 매우 정밀한 치수를 설정할 수 있으며, 그래서 모두 조립 공차들을 배제하면서 센서(1)에 대한 기계적인 과부하에 대한 보호가 가능하게 된다.

본 발명에 따라서, 작은 회전각 차이에서조차도 측정값을 높은 정밀도로 기록할 수 있는, 처음에 언급한 형태의 센서를 제조하는 방법이 제공된다. 동시에, 제조가 단순하고 설치 비용이 감소된다. 또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 센서가 제공된다.

Claims

하우징과, 토크, 특히 자동차의 스티어링 샤프트 안에 도입된 토크를 기록하기 위한 측정 셀을 가지며, 또한 과부하에 대하여 센서를 보호하기 위하여, 하우징과 측정 셀 사이의 회전각 차이를 제한하기 위한 회전각 리미터를 가지는 센서를 제조하는 방법에 있어서,

우선 측정 셀(9)과 하우징(2)이 연결되어 하나의 구조물 유닛을 형성하고, 이어서 제 1 하우징 부분(단면(3))이 제 1 단부에 연결되고, 제 2 하우징 부분(하우징(2))이 상기 측정 셀(9)의 제 2 단부에 연결되며, 또한 상기 하우징 부분(2, 3)과 상기 측정 셀(9) 사이의 제한된 회전각 차이가 가능한 방식으로, 예정된 분리선(5, 6)을 따라 상기 하우징(2)과 상기 측정 셀(9)을 분리시키는 회전각 리미터(7)를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 분리선(5, 6)이 형상-끼워맞춤 방식으로 상기 하우징 부분(2, 3)을 연결하기 위하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분리선(5, 6)이 물림 연결(15, 17)방식으로 상기 하우징 부분(2, 3)을 연결하기 위하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 셀(9)이 맞춤핀(11)에 의해 상기 하우징(2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 셀과 상기 하우징은 서로 접착제로 접합되어 하나의 구조물 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.