DE10108883A1 - Torque sensor for input shaft of motor vehicle steering gear has magnetic field sensor for detecting magnet on rotating body - Google Patents
Torque sensor for input shaft of motor vehicle steering gear has magnetic field sensor for detecting magnet on rotating bodyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehmoment-Meßaufnehmer zur Erfassung des Drehmomentes zwischen zwei um eine gemeinsame Achse drehbaren Körpern, insbesondere des wirksamen Drehmomentes an der Eingangswelle eines Kraftfahrzeug- Lenkgetriebes und ein Verfahren zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeuges.The invention relates to a torque sensor for detecting the Torque between two bodies rotatable about a common axis, in particular the effective torque on the input shaft of a motor vehicle Steering gear and a method for influencing the driving behavior of a Vehicle.
Zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges ist es aus unterschiedlichen Gründen heraus erforderlich zu wissen, in welcher Wertgröße und in welcher Drehrichtung ein Drehmoment auf das Kraftfahrzeug-Lenkgetriebe wirkt.There are various reasons for operating a motor vehicle required to know in what value size and in which direction of rotation Torque acts on the motor vehicle steering gear.
Derartige Informationen werden beispielsweise im Zusammenhang mit Servo- Lenkeinrichtungen benötigt, um die Servo-Unterstützung zu aktivieren und/oder zu steuern oder zu regeln.Such information is used, for example, in connection with servo Steering devices needed to activate and / or to activate the servo support control or regulate.
Ferner wird auf derartige Informationen zurückgegriffen, um diese mit bei der Fahrdynamikregelung eines Kraftfahrzeuges mit einfließen zu lassen und zu berücksichtigen.Such information is also used in order to include it in the To incorporate and regulate driving dynamics control of a motor vehicle consider.
So ist beispielsweise eine Kraftfahrzeug-Servo-Lenkeinrichtung mit der DE 36 03 065 C2 bekannt geworden, bei der zur Erfassung von Lenkmomenten im Zuge der das Lenkrad mit der Eingangswelle des Lenkgetriebes verbindenden Lenkwelle bzw. -spindel Drehmeßstreifen angeordnet sind, welche elektrisch in üblicher Weise in einer Meßbrückschaltung nach Art einer Wheatstone-Brücke liegen. Räumlich angeordnet sind sie dabei an einem im Zuge der Lenkwellenanordnung liegenden Torsionsstab, das heißt in einem Lenkwellenbereich, dem unter der Wirkung von Lenkmomenten jeweils eine spürbare Torsionsverformung stattfindet.For example, a motor vehicle power steering device with DE 36 03 065 C2 become known in the course of the steering wheel for the detection of steering torques with the input shaft of the steering gear connecting steering shaft or spindle Measuring strips are arranged, which are electrically in a conventional manner Measuring bridge circuit like a Wheatstone bridge. Are spatially arranged they on a torsion bar located in the course of the steering shaft arrangement, that is in a steering shaft area, one under the effect of steering moments noticeable torsional deformation takes place.
Derartige Anordnungen von Dehnmeßstreifen sind vergleichsweise sehr teuer, da wegen der jeweils niedrigen Widerstandsänderungen Meßbrückenschaltungen erforderlich werden, um zu auswertbaren Meßspannungen zu gelangen. Elektromagnetische Verträglichkeits-Probleme können hierbei nicht ausgeschlossen werden, und im übrigen bereiten das Anbringen der Dehnmeßstreifen gewisse Schwierigkeiten, und ferner bedarf es eines erheblichen Aufwandes bezüglich eines dauerfesten Aufbringens der Dehnmeßstreifen.Such arrangements of strain gauges are comparatively very expensive because of each of the low resistance changes required measuring bridge circuits in order to arrive at evaluable measuring voltages. Electromagnetic Compatibility problems cannot be ruled out here, and otherwise the application of the strain gauges cause certain difficulties and also requires there is a considerable effort in terms of permanent application of the Strain gauges.
Die in der DE 33 04 917 A1 vorgestellte Lösung bezieht sich auf eine Einrichtung, die unter der Einwirkung eines Lenkmomentes stattfindenden Relativverdrehung zweier durch ein Torsionsfederelement drehmomentmäßig miteinander gekoppelter Lenkwellenteile für eine lenkmomentenabhängige Axialverschiebung einer eine Kurzschlußwicklung tragenden Steuerhülse auszunutzen, wobei die Kurzschlußwicklung mit zwei von einer Wechselspannung gespeisten ortsfesten Spulen zusammenwirkt und bei ihrer Axialverschiebung durch Induktion jeweils eine Drehmomenten abhängige Ausgangsspannung liefern soll.The solution presented in DE 33 04 917 A1 relates to a device that under the action of a steering torque relative rotation of two torque coupled with each other by a torsion spring element Steering shaft parts for a torque-dependent axial displacement of one Take advantage of short-circuit winding carrying sleeve, the short-circuit winding interacts with two fixed coils powered by an AC voltage and a torque dependent upon their axial displacement by induction Should deliver output voltage.
Diese Lösung erscheint konstruktiv und funktionell vergleichsweise sehr aufwendig, so daß bereits vorgeschlagen wurde, Lenkmomentensensoren zum Einsatz zu bringen.This solution appears to be comparatively complex in terms of design and function, so that it has already been proposed to use steering torque sensors.
Einen derartigen Lenkmomentensensor beschreibt die EP 0 652 424 B1, welcher zur Erfassung des an der Eingangswelle eines Kraftfahrzeug-Gelenkgetriebes wirksamen Lenkmomentes erfassen soll, welcher so ausgebildet ist, daß auf das freie Ende der Eingangswelle koaxial ein erstes Bauteil aufgesteckt ist, welches mit einem radial wegweisenden fahnenartigen Fortsatz ausgebildet ist und einem zweiten Bauteil, welches gleichfalls mit radial wegweisenden Fortsätzen ausgebildet ist und koaxial zum ersten Bauteil und dieses zu einem Teil konzentrisch umschließend angeordnet ist. Zwischen den radial wegweisenden Fortsätzen sind Drucksensoren oder Mikroschalter angeordnet, mittels denen die Drehrichtungen eventuell wirksamer Lenkmomente erfaßt werden, die zur Ansteuerung hydraulischer Servo-Lenkeinrichtungen dienen.Such a steering torque sensor is described in EP 0 652 424 B1, which for Detection of the effective on the input shaft of a motor vehicle articulated gearbox Steering torque should capture, which is designed so that on the free end of the Input shaft is coaxially attached to a first component, which has a radial groundbreaking flag-like extension and a second component, which is also designed with radially pointing extensions and coaxial to first component and this is arranged concentrically enclosing a part. Between the radially pioneering extensions are pressure sensors or microswitches arranged by means of which the directions of rotation detected possibly effective steering torques be used to control hydraulic power steering devices.
Aus Drucksensoren sollen niederohmige kraftabhängige elektrische Widerstände in Form von aufklebbaren Folien verwendet werden, denen gleichfalls der Nachteil anhaftet, daß es eines erheblichen konstruktiven und montagetechnischen Aufwandes zur Anbringung dieser Widerstände bedarf, was gleichfalls zutreffend ist für eine dauerfeste Verbindung dieser Widerstände.Low-resistance, force-dependent electrical resistances are said to result from pressure sensors In the form of adhesive films are used, which also has the disadvantage that that there is a considerable design and assembly effort Attaching these resistors requires what is also true for a permanent one Connecting these resistors.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehmoment-Meßaufnehmer zur Erfassung des Drehmomentes zwischen zwei um eine gemeinsame Achse drehbaren Körper, insbesondere zur Erfassung eines wirksamen Drehmomentes an der Eingangswelle eines Kraftfahrzeug-Lenkgetriebes zu schaffen, mit dem eine zuverlässige Messung möglich ist und welche die Nachteile der bekannten Lösungen ausschließt, sowie ein Verfahren zur Auswertung eines derartigen Signals anzugeben. The invention is therefore based on the object of a torque sensor Detection of the torque between two rotatable around a common axis Body, especially for detecting an effective torque on the To create input shaft of a motor vehicle steering gear with which one reliable measurement is possible and what the disadvantages of the known solutions excludes, and to specify a method for evaluating such a signal.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 13 angegebenen Ausführungsformen der Erfindung gelöst.This object is achieved by those specified in claims 1 and 13 Embodiments of the invention solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are in the dependent Claims specified.
So wurde ein Drehmoment-Meßaufnehmer geschaffen, welcher unmittelbar im Bereich vom Schaft der Lenksäule und der Eingangswelle des Lenkgetriebes vorgesehen und umfänglich zu dem Schaft und der Eingangswelle angeordnet ist.So a torque sensor was created, which is directly in the area provided by the shaft of the steering column and the input shaft of the steering gear and is arranged circumferentially to the shaft and the input shaft.
Der Drehmoment-Meßaufnehmer ist dabei so ausgebildet, daß die wirkbestimmenden Teile in einem ersten und einem zweiten Bauteil eingeordnet und diese beiden Bauteile als Gehäusehälften ausgebildet, innerhalb des Gehäuses vom Drehmoment- Meßaufnehmer angeordnet sind. Wesentlich dabei ist, daß die Bauteile fest am äußeren Umfang des Schaftes der Lenksäule und der Eingangswelle des Lenkgetriebes befestigt sind, wobei das erste Bauteil am Schaft der Lenksäule und das zweite Bauteil an der Eingangswelle des Lenkgetriebes angeordnet sind.The torque sensor is designed so that the action-determining Parts arranged in a first and a second component and these two components formed as housing halves, within the housing from the torque Sensors are arranged. It is essential that the components are firmly on the outside Perimeter of the shaft of the steering column and the input shaft of the steering gear attached are, the first component on the shaft of the steering column and the second component on the Input shaft of the steering gear are arranged.
Die Einbindung der mit den funktionsbestimmenden Teilen bestückten Bauteile innerhalb des Gehäuses vom Drehmoment-Meßaufnehmer erfolgt in der Form, daß das Innere des Drehmoment-Meßaufnehmers gegen äußere Einflüsse allseits geschützt ist, wobei das äußere Gehäuse so ausgebildet ist, daß zwischen dem Gehäuse und dem Schaft der Lenksäule sowie der Eingangswelle des Lenkgetriebes ein Luftspalt vorhanden ist, somit dieses Gehäuse zu diesen beiden Elementen nicht fest verbunden ist und dieser Spalt mittels geeigneter Dichtelemente und/oder Dichtlabyrinth verschlossen wird. Seine Befestigung erhält das Gehäuse entweder über seinen äußeren Umfang oder seinem Gehäuseboden bzw. Gehäusedeckel.The integration of the components equipped with the function-determining parts within the housing of the torque sensor is in the form that the inside of the Torque sensor is protected against external influences on all sides, the outer housing is designed so that between the housing and the shaft Steering column and the input shaft of the steering gear there is an air gap, thus this housing is not firmly connected to these two elements and this gap is closed by means of suitable sealing elements and / or sealing labyrinth. His The housing receives either its outer circumference or its fastening Housing bottom or housing cover.
Bei den wirkbestimmenden Teilen des Drehmoment-Meßaufnehmers handelt es sich einmal um einen Stator, zwei Polstücke und einem Magnet-Feldstärke-Sensor, welche in einem Bauteil/ Gehäusehälfte vorgesehen sind und zum anderen um einen Magneten, einem Permanentmagneten mit hoher Lebensdauer, welcher in dem zweiten Bauteil/der zweiten Gehäusehälfte eingeordnet ist.The action-determining parts of the torque sensor are once around a stator, two pole pieces and a magnetic field strength sensor, which in one component / housing half are provided and the other around a magnet, a permanent magnet with a long service life, which in the second component / second housing half is classified.
Die Polstücke, der Magnet und der Stator sind dabei gekrümmt ausgeführt und weisen das gleiche Krümmungsmaß wie der Schaft der Lenksäule und der Eingangswelle des Lenkgetriebes auf.The pole pieces, the magnet and the stator are curved and point the same amount of curvature as the shaft of the steering column and the input shaft of the Steering gear on.
Ferner gehört zur Erfindung, daß durch die Ausbildung des Drehmoment- Meßaufnehmers die Möglichkeit gegeben ist, daß sich der Magnet gegen die Polstücke und den Stator verdrehen kann, was halt dadurch erreicht wird, daß der Magnet in seiner Gehäusehälfte, dem ersten Bauteil, fest angeordnet ist und diese wiederum fest am Schaft der Lenksäule, wobei der Magnet so in seiner Gehäusehälfte angeordnet ist, daß beim Fügen beider Bauteile/Gehäusehälften der Magnet zwischen den Polstücken und dem Stator hineinragt und wirksam werden kann, was wiederum dadurch erreicht wird, daß die Polstücke zum Stator radial beabstandet im zweiten Bauteil angeordnet sind, welches fest an der Eingangswelle des Lenkgetriebes angeordnet ist.It is also part of the invention that through the formation of the torque Sensor is given the possibility that the magnet against the pole pieces and can rotate the stator, which is achieved by the magnet in its Half of the housing, the first component, is firmly arranged and this in turn on Shaft of the steering column, the magnet being arranged in its housing half in such a way that when joining both components / housing halves, the magnet between the pole pieces and protrudes into the stator and can take effect, which in turn is achieved by that the pole pieces are arranged radially spaced from the stator in the second component, which is fixed to the input shaft of the steering gear.
Bei der Einleitung eines Handmomentes über das Lenkrad auf die Lenksäule und zu deren Schaft kommt es infolge der zwischen dem Schaft der Lenksäule und der Eingangswelle des Lenkgetriebes vorhandenen Drehstabfeder zu einer Relativverdrehung zwischen dem Schaft der Lenksäule und der Eingangswelle des Lenkgetriebes und gleichzeitig zu einer kreisbogenförmigen Relativbewegung zwischen dem Magneten und den Polstücken einschließlich des Stators, so daß gleichzeitig ein Wandern, eine Lageveränderung des magnetischen Feldes bewirkt wird, dessen Feldlinien den Hallsensor durchsetzen und die Intensität des Magnetfeldes vom Hallsensor erfaßt wird, welche als Maß zur Bestimmung des wirksamen vorliegenden Drehmomentes herangezogen wird.When initiating a hand torque via the steering wheel to the steering column and to whose shaft it comes as a result of between the shaft of the steering column and the Input shaft of the steering gear existing torsion bar to a Relative rotation between the shaft of the steering column and the input shaft of the Steering gear and at the same time to an arc-shaped relative movement between the magnet and the pole pieces including the stator, so that a Wandering, a change in the position of the magnetic field is caused Field lines pass through the Hall sensor and the intensity of the magnetic field from Hall sensor is detected, which is a measure for determining the effective present Torque is used.
Neben der Bestimmung der Wertgröße der Intensität des magnetischen Feldes wird gleichfalls dessen Wirkrichtung erfaßt und findet bei der Regelung bzw. Aktivierung des Antriebes für das Lenkgetriebe Berücksichtigung.In addition to determining the value of the intensity of the magnetic field likewise its direction of action is detected and takes place in the regulation or activation of the Drive for the steering gear considered.
Die Übertragung/Weiterleitung dieser vom Magnet-Feldstärke-Sensor aufgenommenen Informationen erfolgt über ein flexibles Übertragungselement, welches unterhalb des Bauteiles/der Gehäusehälfte, in dem der Magnet-Feldstärke-Sensor angeordnet ist, vorgesehen ist, welches beispielsweise mit einer Elektronik zusammenwirkt, die gleichfalls in diesem Bereich eingeordnet ist.The transmission / forwarding of these recorded by the magnetic field strength sensor Information is provided via a flexible transmission element, which is below the Component / the housing half in which the magnetic field strength sensor is arranged, is provided, which interacts, for example, with electronics that is also classified in this area.
Der vorgestellte Drehmoment-Meßaufnehmer ist konstruktiv so ausgebildet, daß er im unmittelbaren Bereich zwischen zwei um eine gemeinsame Achse drehbaren Körpern an deren Umfängen angeordnet werden kann, dies in der Form, daß er als eine einzelne Baugruppe vorgesehen wird oder aber in der Form, daß zwei Drehmomenten- Meßaufnehmer vorgesehen werden, so daß bei einer Relativverdrehung zwischen den beiden Körpern, des Schaftes der Lenksäule und der Eingangswelle des Lenkgetriebes, es zu kreisbogenförmigen Relativbewegungen der Bauteile und somit auch zwischen den Magneten einerseits und den Polstücken mit Statoren andererseits kommt, in jedem der Drehmoment-Meßaufnehmer vorgesehen sind, und die vorhandenen Magnet-Feldstärke- Sensoren in den Drehmoment-Meßaufnehmern liefern jeweils ein voneinander unabhängiges Signal, mittels denen auf die geforderte Redundanz rückgeschlossen werden kann.The torque sensor presented is designed so that it is in the immediate area between two bodies rotatable about a common axis the scope of which can be arranged in the form of being a single Assembly is provided or in the form that two torques Sensors are provided so that when there is a relative rotation between the both bodies, the shaft of the steering column and the input shaft of the steering gear, it to circular arc-shaped relative movements of the components and thus between the Magnets on the one hand and the pole pieces with stators on the other comes in each of them Torque transducers are provided, and the existing magnetic field strength Sensors in the torque sensors each deliver one from the other independent signal, by means of which the required redundancy can be deduced can be.
Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with the following exemplary embodiment.
In der dazugehörigen Zeichnung zeigtIn the accompanying drawing shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung und Anordnung des Drehmoment- Meßaufnehmers im Bereich vom Schaft einer Lenksäule und der Eingangswelle eines Lenkgetriebes, Fig. 1 is a schematic illustration of the measuring transducer and arrangement of the torque in the range from the shaft of a steering column and the input shaft of a steering gear,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung von zwei Drehmoment- Meßaufnehmern, Fig. 2 is a schematic representation of the arrangement of two torque transducers,
Fig. 3 eine Schnittansicht A-A nach Fig. 2 in prinziphafter Darstellung, Fig. 3 is a sectional view AA of Fig. 2 in principle exemplary representation,
Fig. 4 in einer Explosionszeichnung eine Ausführungsform eines Drehmoment- Meßaufnehmers. Fig. 4 in an exploded view of an embodiment of a torque sensor.
In den Fig. 1 und 2 sind in schematischer Darstellung die Ausbildung und die Anordnung von einem bzw. zwei Drehmoment-Meßaufnehmern 1 gezeigt, die unmittelbar am äußeren Umfang des Schaftes 4 der Lenksäule und der Eingangswelle 5 des Lenkgetriebes vorgesehen sind.In Figs. 1 and 2, the training and the arrangement of one or two torque transducers 1 are shown in schematic diagram 5 of the steering gear are provided directly on the outer circumference of the shaft 4 of the steering column and the input shaft.
Das Gehäuse 6 des Drehmoment-Meßaufnehmers 1 ist dabei so ausgeführt, daß in seinem Inneren alle Bauelemente des Drehmoment-Meßaufnehmers 1 aufgenommen und von diesem umschlossen wird, wobei das Gehäuse 6 selbst zum Schaft 4 und zur Eingangswelle 5 nicht fest verbunden ist, sondern diese Verbindung und Abdichtung als schleifdichtende Verbindung ausgebildet ist, was über vorgesehene Dichtelemente 14 erzielt wird.The housing 6 of the torque transducer 1 is designed so that all components of the torque transducer 1 are received and enclosed by it, the housing 6 itself is not firmly connected to the shaft 4 and the input shaft 5 , but this Connection and sealing is designed as a sliding seal connection, which is achieved via the provided sealing elements 14 .
Dies wird erforderlich, um einmal den/die Drehmoment-Meßaufnehmer 1 gegen äußere Einflüsse in Form von Verschmutzungen und Fremdeinflüssen zu schützen und zum anderen sicherzustellen, daß der Drehmoment-Meßaufnehmer 1 den EMV-Richtlinien (Elektromagnetische Verträglichkeit) entspricht. This is necessary to protect the torque sensor (s ) 1 against external influences in the form of dirt and external influences and to ensure that the torque sensor 1 complies with the EMC guidelines (electromagnetic compatibility).
Innerhalb des Gehäuses 6 sind die beiden Bauteile 2, 3 eingeordnet, von denen eines fest mit dem äußeren Umfang des Schaftes 4 und das andere fest zum äußeren Umfang der Eingangswelle 5 verbunden ist.The two components 2 , 3 are arranged within the housing 6 , one of which is firmly connected to the outer periphery of the shaft 4 and the other is firmly connected to the outer periphery of the input shaft 5 .
Bei der gezeigten Darstellung ist das erste Bauteil 2 fest mit dem Schaft 4 verbunden, während das zweite Bauteil 3 fest mit der Eingangswelle 5 verbunden ist. Zwischen dem ersten Bauteil 2 und dem zweiten Bauteil 3 verbleibt beim Fügen der Teile ein Spalt erhalten, so daß die Möglichkeit besteht, daß sich die Bauteile 2, 3 gegeneinander verdrehen können, was abhängig ist von der Relativbewegung zwischen dem Schaft 4 und der Eingangswelle 5.In the illustration shown, the first component 2 is fixedly connected to the shaft 4 , while the second component 3 is fixedly connected to the input shaft 5 . A gap remains between the first component 2 and the second component 3 when the parts are joined, so that there is the possibility that the components 2 , 3 can rotate relative to one another, which is dependent on the relative movement between the shaft 4 and the input shaft 5 .
Aus den Darstellungen der Fig. 1 und 2 ergibt sich ferner die Ein- und Zuordnung der wirkbestimmenden Teile des Drehmoment-Meßaufnehmers 1. So ist im ersten Bauteil 2 ein Magnet 7 eingeordnet, welcher als ein Permanentmagnet mit hoher Lebensdauer ausgebildet und ferner so gestaltet ist, daß er in den radial beabstandeten Zwischenraum von den Polstücken 9 zu dem Stator 8 hineinragt, wobei die Polstücke 9 und der Stator 8 im zweiten Bauteil 3 eingeordnet sind, welches unterhalb des ersten Bauteiles fest zur Eingangswelle 5 des Lenkgetriebes befestigt ist.From the illustrations of Figs. 1 and 2, the input and assignment of more decisive parts also follows the torque measuring transducer 1. Thus, a magnet 7 is arranged in the first component 2 , which is designed as a permanent magnet with a long service life and is also designed such that it projects into the radially spaced gap between the pole pieces 9 and the stator 8 , the pole pieces 9 and the stator 8 are arranged in the second component 3 , which is fixed underneath the first component to the input shaft 5 of the steering gear.
Die beiden Polstücke 9 sind, in Umfangsrichtung gesehen, nebeneinander angeordnet und besitzen einen bestimmten Abstand, zwischen denen ein Magnet-Feldstärke-Sensor 10 vorgesehen ist. Dies wird deutlich aus der Darstellung nach Fig. 3.The two pole pieces 9 are, seen in the circumferential direction, arranged side by side and have a certain distance between which a magnetic field strength sensor 10 is provided. This becomes clear from the illustration according to FIG. 3.
Zum Drehmoment-Meßaufnehmer 1 gehört ferner, daß innerhalb des Gehäuses 6 ein flexibles Übertragungselement 11, eine hochflexible Litze, vorgesehen ist, über die die vom Magnet-Feldstärke-Sensor 10 aufgenommenen Informationen aus diesem System und somit nach außen geführt werden. Das flexible Übertragungselement 11 ist dabei in einer bevorzugten Ausführungsform unterhalb des zweiten Bauteiles 3 vorgesehen und wirkt mit einem Informationsübertragungselement, beispielsweise einer Elektronik 12, zusammen, über die die aufgenommenen Informationen vom Magnet-Feldstärke-Sensor 10 auf das flexible Übertragungselement 11 übertragen und von diesem dann aus dem Gehäuse 6 des Drehmoment-Meßaufnehmers 1 herausgeführt werden.The torque sensor 1 also includes that a flexible transmission element 11 , a highly flexible wire, is provided within the housing 6 , via which the information recorded by the magnetic field strength sensor 10 is conveyed from this system and thus to the outside. In a preferred embodiment, the flexible transmission element 11 is provided below the second component 3 and interacts with an information transmission element, for example electronics 12 , via which the recorded information is transmitted from the magnetic field strength sensor 10 to the flexible transmission element 11 and by the latter then be led out of the housing 6 of the torque sensor 1 .
Grundsätzlich bedarf es zur Erfassung des vorhandenen wirksamen Drehmomentes im Bereich des Schaftes 4 einer Lenksäule und der Eingangswelle 5 eines Lenkgetriebes nur der Anordnung eines Drehmoment-Meßaufnehmers 1 in der oben beschriebenen Art und Weise, um jedoch der geforderten Redundanz zu entsprechen, ist es vorteilhaft, und es besteht die Möglichkeit, zwei solcher Drehmoment-Meßaufnehmer 1 in dem gewünschten Bereich anzuordnen, so daß über die beiden in den Drehmoment- Meßaufnehmern 1 vorhandenen Magnet-Feldstärke-Sensoren 10 und den zugeordneten Übertragungselementen die funktionsbestimmenden Informationen herausgefiltert werden können.Basically, in order to record the effective torque present in the area of the shaft 4 of a steering column and the input shaft 5 of a steering gear, it is only necessary to arrange a torque sensor 1 in the manner described above, but in order to meet the required redundancy, it is advantageous and there is the possibility of arranging two such torque sensors 1 in the desired range, so that the function-determining information can be filtered out via the two magnetic field strength sensors 10 present in the torque sensors 1 and the associated transmission elements.
Die Anordnung von zwei Drehmoment-Meßaufnehmern 1 und deren Anordnung und Einbindung in ein Gehäuse 6 zeigen die Darstellungen nach den Fig. 2 und 3, wobei die Darstellung nach der Fig. 3 in prinziphafter Form die Anordnung und Ausbildung der wirkbestimmenden Teile des Drehmoment-Meßaufnehmers 1 und seiner Zuordnung zur Eingangswelle 5 verdeutlicht.The arrangement of two torque transducers 1 and their arrangement and integration in a housing 6 are shown in FIGS . 2 and 3, the illustration in FIG. 3 in principle in the arrangement and design of the action-determining parts of the torque sensor 1 and its assignment to the input shaft 5 clarifies.
Gezeigt wird, daß das zweite Bauteil 3 fest zur Eingangswelle 5 verbunden und mit den Polstücken 9, dem Magnet-Feldstärke-Sensor 10 und dem Stator 8 bestückt ist. Der gleichfalls dargestellte Magnet 7 ist hier fest mit dem ersten Bauteil 2 verbunden, aber so ausgebildet, daß er funktionsbedingt in den radialen Zwischenraum von den Polstücken 9 und dem Stator 8 hineinragt.It is shown that the second component 3 is firmly connected to the input shaft 5 and is equipped with the pole pieces 9 , the magnetic field strength sensor 10 and the stator 8 . The magnet 7, which is also shown, is here firmly connected to the first component 2 , but is designed such that, due to its function, it projects into the radial space between the pole pieces 9 and the stator 8 .
Neben der gezeigten und beschriebenen Anordnung der beiden Bauteile 2, 3, der Bestückung des ersten Bauteiles 2 mit dem Magneten 7 und der Bestückung des zweiten Bauteiles 3 mit den Polstücken 9, dem Magnet-Feldstärke-Sensor 10 und dem Stator 8, ist es durchaus möglich, die Anordnung und Befestigung der Bauteile 2, 3 so zu tauschen, daß das erste Bauteil 2 zur Eingangswelle 5 und das zweite Bauteil 3 zum Schaft 4 befestigt sind.In addition to the shown and described arrangement of the two components 2 , 3 , the assembly of the first component 2 with the magnet 7 and the assembly of the second component 3 with the pole pieces 9 , the magnetic field strength sensor 10 and the stator 8 , it is quite possible to exchange and fix the components 2 , 3 so that the first component 2 is attached to the input shaft 5 and the second component 3 to the shaft 4 .
Eine weitere Möglichkeit der Bestückung und Anordnung der Bauteile 2, 3 besteht darin, das erste Bauteil 2 mit den Polstücken 9, dem Magnet-Feldstärke-Sensor 10 und dem Stator 8 auszurüsten und am Schaft 4 zu befestigen und das zweite Bauteil 3 mit dem Magneten 7 auszurüsten und zur Eingangswelle zu befestigen.Another possibility of equipping and arranging the components 2 , 3 is to equip the first component 2 with the pole pieces 9 , the magnetic field strength sensor 10 and the stator 8 and to attach them to the shaft 4 and to attach the second component 3 with the magnet 7 equip and attach to the input shaft.
Wesentlich ist, daß beide Bauteile 2, 3 jeweils fest am äußeren Umfang vom Schaft 4 oder von der Eingangswelle 5 angeordnet sind, so daß es bei einer Relativverdrehung zwischen dem Schaft 4 und der Eingangswelle 5 zu einer kreisbogenförmigen Relativ bewegung zwischen dem Magneten 7 zu den Polstücken 9 und dem Stator 8 kommt, die mit der Bezugszahl 15 bezeichnet ist.It is essential that both components 2 , 3 are each fixedly arranged on the outer circumference of the shaft 4 or of the input shaft 5 , so that there is a circular arc-shaped relative movement between the magnet 7 to the at a relative rotation between the shaft 4 and the input shaft 5 Polepieces 9 and the stator 8 comes, which is designated by the reference number 15 .
Wird der Magnet 7 zu den Polstücken 9 und dem Stator 8 relativ verdreht, verschiebt sich gleichfalls das vorhandene Magnetfeld auf der kreisbogenförmigen Bahn in eine der angezeigten Richtungen 15, und gleichzeitig dazu verändert sich wertmäßig das Magnetfeld selbst, was in der Veränderung der Intensität wirksam wird.If the magnet 7 is rotated relative to the pole pieces 9 and the stator 8 , the existing magnetic field on the arc-shaped path also shifts in one of the indicated directions 15 , and at the same time the magnetic field itself changes in value, which becomes effective in changing the intensity .
Diese Veränderungen werden vom Magnet-Feldstärke-Sensor 10 erfaßt, über eine Elektronik 12 und das flexible Übertragungselement 11 aus dem Drehmoment- Meßaufnehmer 1 herausgeführt, entsprechend bewertet und bilden die Grundlage zur Bestimmung des vorhandenen Drehmomentes in seiner Größe und Wirkrichtung.These changes are detected by the magnetic field strength sensor 10 , guided out of the torque sensor 1 via electronics 12 and the flexible transmission element 11 , evaluated accordingly and form the basis for determining the existing torque in terms of its size and direction of action.
Eine weitere Ausführungsform eines Drehmoment-Meßaufnehmers 1 und die Ausbildung seiner einzelnen wirkbestimmenden Teile sowie deren Anordnung und Zusammenbau ist in einer Explosionszeichnung in der Fig. 4 dargestellt, aus der sich ergibt, daß der Drehmoment-Meßaufnehmer 1 in dieser Ausführungsform aus einem kreisrunden Gehäuse 6 besteht, welches vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt und mit einer Austrittsöffnung 18 für einen Kabelanschluß versehen ist, über welche das Anschlußstück des flexiblen Übertragungselementes 11 herausgeführt werden kann.A further embodiment of a torque sensor 1 and the design of its individual action-determining parts as well as their arrangement and assembly is shown in an exploded view in FIG. 4, from which it follows that the torque sensor 1 in this embodiment consists of a circular housing 6 consists, which is preferably made of a plastic and is provided with an outlet opening 18 for a cable connection, via which the connector of the flexible transmission element 11 can be led out.
Wie ferner gezeigt, ist bei dieser Ausführungsform des Drehmoment-Meßaufnehmers 1 der Magnet 7 als eine Topfscheibe 19 ausgebildet, welche die Aufgabe und Funktion eines Magneten übernimmt. So kann diese Topfscheibe 19 in ihrer Gesamtheit als ein Magnet 7 ausgebildet sein, aber auch in bestimmten Teilflächen, was bedeutet, daß einzelne Teilflächen des äußeren Randes der Topfscheibe magnetisiert oder diese bestimmten Teilflächen mit Permanentmagneten bestückt sind. Die anderen wirkbestimmenden Teile, der Stator 8, die Polstücke 9 und der Magnet-Feldstärke- Sensor 10, finden bei dieser Ausführungsform des Drehmoment-Meßaufnehmers 1 Aufnahme in dem gezeigten Rotor 17, welcher als das zweite Bauteil 3 wirkt, der so gestaltet ist, daß beim Fügen des Rotors 17 zur Topfscheibe 19 der ausgebildete oder vorhandene Magnet 7 mit den wirksamen Flächen zwischen dem Stator 8 und den Polstücken 9 hineinragt.As further shown, in this embodiment of the torque sensor 1, the magnet 7 is designed as a cup disk 19 , which takes over the function and function of a magnet. Thus, this cup disk 19 can be designed in its entirety as a magnet 7 , but also in certain partial areas, which means that individual partial areas of the outer edge of the cup disk are magnetized or these certain partial areas are equipped with permanent magnets. The other action-determining parts, the stator 8 , the pole pieces 9 and the magnetic field strength sensor 10 , are accommodated in this embodiment of the torque sensor 1 in the rotor 17 shown, which acts as the second component 3 , which is designed in such a way that that when joining the rotor 17 to the cup wheel 19, the formed or existing magnet 7 with the effective surfaces protrudes between the stator 8 and the pole pieces 9 .
Das flexible Übertragungselement 11 dient zur Übertragung der vom Magnet-Feldstärke- Sensor 10 aufgenommenen Informationen, und mittels eines Deckels 16 wird das Gehäuse 6 und somit der Drehmoment-Meßaufnehmer 1 verschlossen und abgedichtet.The flexible transmission element 11 serves to transmit the information recorded by the magnetic field strength sensor 10 , and the housing 6 and thus the torque sensor 1 are closed and sealed by means of a cover 16 .
Die Vorteile des Drehmoment-Meßaufnehmers 1 liegen darin, daß dieser umfänglich vom Schaft 4 der Lenksäule und der Eingangswelle 5 eines Lenkgetriebes angeordnet werden kann, ohne daß dieser Verbindungsbereich in seiner konstruktiven Ausführung umgerüstet oder nachgerüstet werden muß, und durch den Einsatz eines Magnet- Feldstärke-Sensors 10 ist die Möglichkeit gegeben, die infolge der Relativverdrehung der beiden Teile zueinander sich verändernde Intensität des Magnetflusses, diese in wertmäßiger Größe und in Wirkrichtung in effektiver Form zu erfassen, dieses Signal aus dem Drehmoment-Meßaufnehmer 1 herauszuführen, um auf der Grundlage dieses Signals das wirksam vorhandene Drehmoment bestimmen zu können. Das Signal liegt dabei als analoges Ausgangssignal an, was bedeutet, daß sich stetig verändernde Wertgrößen unmittelbar erfaßt und ausgewertet werden können.The advantages of the torque sensor 1 are that it can be arranged circumferentially from the shaft 4 of the steering column and the input shaft 5 of a steering gear without this connection area having to be converted or upgraded in its design, and by using a magnetic field strength -Sensor 10 is given the possibility, as a result of the relative rotation of the two parts to each other, to change the intensity of the magnetic flux, to detect this in terms of value and in the effective direction in an effective form, to lead this signal out of the torque sensor 1 , on the basis of this Signal to determine the effective torque. The signal is present as an analog output signal, which means that constantly changing value variables can be detected and evaluated immediately.
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