DE102008063950A1

DE102008063950A1 - Übertragungselement zur drehmomentübertragenden Verbindung zweier drehbarer Elemente miteinander

Info

Publication number: DE102008063950A1
Application number: DE102008063950A
Authority: DE
Inventors: Lukas Fiala; Alexander Trinn; Knut Moldenhauer; Martin Deitmerg
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-06-24

Abstract

Ein Übertragungselement zur drehmomentübertragenden Verbindung eines um eine erste Drehachse drehbaren ersten Elements mit einem um eine zweite Drehachse drehbaren zweiten Element, wobei die erste und die zweite Drehachse einen von Null Grad verschiedenen Knickwinkel miteinander einschließen und/oder einen radialen Versatz zueinander aufweisen können, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement ein mit vier Lageraufnahmen versehener, federelastische Eigenschaften aufweisender ringförmiger Körper ist, wobei jeweils zwei der Lageraufnahmen bezüglich des Ringumfangs einander gegenüberliegend angeordnet und mit jeweils zwei einerseits dem ersten Element und andererseits dem zweiten Element zugeordneten Gegenlagern so in Eingriff gestellt sind, dass das Übertragungselement in axialer Richtung unter elastischer Vorspannung gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Übertragungselement zur drehmomentübertragenden Verbindung eines um eine erste Drehachse drehbaren ersten Elements mit einem um eine zweite Drehachse drehbaren zweiten Element, wobei die erste und die zweite Drehachse einen von Null Grad verschiedenen Knickwinkel miteinander einschließen und/oder einen radialen Versatz zueinander aufweisen können.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 34 063 A1 ist ein Übertragungselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt geworden. Das Übertragungselement, mit dem eine Winkelmesseinrichtung mit einem Objekt verbunden ist, dessen Drehbewegung gemessen werden soll, ist ein aus Federstahl hergestelltes, Federparallelogramme in Form fachwerkartig ausgebildeter, achsparalleler Laschen umfassendes Stanzbiegeteil. Die Federparallelogramme sind mittels Schraubverbindungen einerseits mit der Winkelmesseinrichtung und andererseits mit dem Objekt fest verbunden.
Durch dieses Übertragungselement können Exzentrizitäten und Winkelfluchtungsfehler zwischen der Drehachse der Winkelmesseinrichtung und derjenigen des Objekts ausgeglichen werden, wobei jedoch eine sehr aufwendige Montage erforderlich ist.
Das Übertragungselement gemäß der vorliegenden Erfindung hat gegenüber diesem Stand der Technik den Vorteil, in besonders einfacher Weise, ohne spezielle Montageschritte und Montagemittel zwischen den beiden drehmomentübertragend miteinander zu verbindenden Elementen anzubringen zu sein.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Übertragungselement ein mit vier Lageraufnahmen versehener, federelastische Eigenschaften aufweisender ringförmiger Körper ist, wobei jeweils zwei der Lageraufnahmen bezüglich des Ringumfangs einander gegenüberliegend angeordnet und mit jeweils zwei einerseits dem ersten Element und andererseits dem zweiten Element zugeordneten Gegenlagern so in Eingriff gestellt sind, dass das Übertragungselement in axialer Richtung unter elastischer Vorspannung gehalten ist.
Statische und/oder dynamische Abweichungen der Drehachse der drehbaren Welle sowohl hinsichtlich ihrer radialen Lage im Bezug auf die Drehachse des Antriebszahnrades als auch hinsichtlich einer möglichen Abweichung von der Parallelität ihrer Ausrichtung werden durch das Übertragungselement kompensiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
1 zwei Ansichten eines erfindungsgemäßen Übertragungselements mit schematisch dargestellten ersten und zweiten drehbaren Elementen
2 eine Verwendung des erfindungsgemäßen Übertragungselements bei einem Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug
In 1a) und b) ist ein erfindungsgemäßes Übertragungselement 3 mit den jeweils dem ersten 1 und zweiten 2 drehbaren Element zugeordneten Gegenlagern 5.1, 5.3, 6.2, 6.4 in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt. Das erste und zweite drehbare Element selbst sind hier nur schematisch durch die dargestellten Achsstummel angedeutet.
Das Übertragungselement 3 ist ein federelastisch ausgebildeter, vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoff hergestellter ringförmiger, insbesondere kreisringförmiger Körper, welcher mit vier Lageraufnahmen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 versehen ist. Dabei bilden jeweils zwei der Lageraufnahmen ein Paar und sind bezüglich des Kreisumfangs des Übertragungselements einander gegenüberliegend angeordnet. Die Öffnungen der Lageraufnahmen des ersten Paares 4.2, 4.4 weisen dabei nach oben und sind mit Gegenlagern 6.2, 6.4 des ersten drehbaren Elements 1 in Eingriff gestellt. Die Öffnungen der Lageraufnahmen des zweiten Paares 4.1, 4.3 weisen nach unten und sind mit Gegenlagern 5.1, 5.3 des zweiten drehbaren Elements 2 in Eingriff gestellt.
Wie besonders gut in der in 1b gezeigten Seitenansicht auf eine Lageraufnahme 4.4 des ersten, dem ersten drehbaren Element 1 zugeordneten Paares zu sehen, hat die nach oben gerichtete Öffnung der Lageraufnahme 4.4 im Schnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes, wobei die nach unten aufeinander zulaufenden Schenkel des Trapezes die Anlageflächen für das Gegenlager 6.4 bilden. Das Gegenlager 6.4 hat im Schnitt eine halbkreisförmige Kontur, so dass sich zwischen Lageraufnahme 4.4 und Gegenlager 6.4 definierte Berührungslinien ergeben.
Diese Art der Lagerung ermöglicht mehrere Freiheitsgrade der Drehachsen 1', 2' des ersten und des zweiten drehbaren Elements 1, 2 zueinander, die in 1a durch Pfeile angedeutet sind. So sind die beiden Elemente 1, 2 einerseits in jeweils einer radialen Richtung verschiebbar, und andererseits um eine zu ihrer möglichen Verschieberichtung parallele Achse 7, 8 kippbar. Die Achse 7, 8 für die Kippung läuft dabei jeweils durch die Kreismittelpunkte der halbkreisförmigen Kontur der in dieser Richtung fluchtend angeordneten Gegenlager 6.2, 6.4 bzw. 5.1, 5.3. Damit sind das erste und das zweite drehbare Element 1, 2 durch eine Art kardanischer Lagerung miteinander verbunden, die noch zusätzliche Verschiebefreiheitsgrade aufweist. Die beiden Kippachsen 7, 8 und somit auch die beiden Richtungen für die radiale Verschiebung sind in diesem Falle senkrecht zueinander angeordnet, was vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
Aus 1b wird deutlich, dass das Übertragungselement 3 zwischen dem ersten drehbaren Element 1 und dem zweiten drehbaren Element 2 unter axialer Vorspannung aufgenommen ist. Die durch die Gegenlager 5.1, 5.3 des zweiten drehbaren Elements 2 auf das Übertragungselement 3 wirkende Kraft 9 ist aufwärts gerichtet, die durch die Gegenlager 6.2, 6.4 der ersten drehbaren Elements 1 auf das Übertragungselement 3 wirkende Kraft 10 ist abwärts gerichtet. Die flachen Bereiche des ringförmigen Körpers des Übertragungselements 3 zwischen den Lageraufnahmen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 werden dadurch einer Biegung unterworfen. Aufgrund der federelastischen Eigenschaften resultieren aus dieser Biegung Gegenkräfte mit denen die Lageraufnahmen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 gegen die Gegenlager 5.1, 6.2, 5.3, 6.4 drücken, so dass stets eine spielfreie Kopplung zwischen Lageraufnahmen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und Gegenlagern 5.1, 6.2, 5.3, 6.4 und somit in der Konsequenz auch zwischen dem ersten drehbaren Element 1 und dem zweiten drehbaren Element 2 gegeben ist.
In 2 ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Übertragungselements 3 bei einem Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Solche Sensoren werden insbesondere in Rahmen sogenannter Fahrdynamiksysteme eingesetzt, um die Drehstellung einer Lenkspindel gegenüber der Lenksäule zu ermitteln. Die beiden hierzu am häufigsten eingesetzten Systeme sind zum einen solche, bei denen ein codiertes Element konzentrisch zur Lenkspindel angeordnet ist und mit dieser gleichsinnig mitgedreht wird, wobei dann entsprechende Sensoren die Codierung abtasten, und zum zweiten solche, wie hier gezeigt, bei denen konzentrisch zur Lenkspindel ein antreibendes Element angeordnet ist, durch das die Drehbewegung auf andere, die Codierung enthaltende Elemente übertragen wird. Das erste drehbare Element im Sinne der vorliegenden Erfindung ist im Falle des hier dargestellten Sensors ein mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Lenkspindel des Kraftfahrzeugs, deren Drehstellung durch den Lenkwinkelsensor erfasst werden soll, starr verbundener Lagerring 6. Das zweite drehbare Element ist ein in einer topfförmigen Aufnahme 11' im Gehäuseunterteil 11 des Lenkwinkelsensors drehbar gelagertes Antriebszahnrad 5, das wiederum mit zwei, ebenfalls in dem Gehäuseunterteil 11 drehbar gelagerten Messzahnrädern 12, 13 in kämmenden Eingriff gestellt ist. Aus den jeweiligen Winkelstellungen der Messzahnräder 12, 13 wird in einer beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 006 359 A1 bekannten Weise aus einem Schwebungswinkel die Winkelstellung des Antriebszahnrades 5 und somit der Lenkspindel ermittelt. Die Erfassung der Winkelstellung der Messzahnräder 12, 13 erfolgt mittels auf einer Leiterplatte 14 angeordneter Magnetfeldsensoren, bei denen es sich beispielsweise um Hall-Sensoren oder magnetoresistive Sensoren handelt, und die jeweils die Ausrichtung der durch in den Messzahnrädern 12, 13 angeordnete Permanentmagnete 12', 13' hervorgerufenen Magnetfelder detektieren.
Im Idealfall sollten die Drehachsen der Lenkspindel bzw. des mit diesem starr verbundenen Lagerrings 6 und des Antriebszahnrades 5 identisch sein, d. h. auf einer Geraden im Raum liegen. Im realen Zusammenbau spielen jedoch nicht unerhebliche Toleranzen bereits was die Lage dieser Achsen zueinander in einer festen Drehstellung angeht, also statische Toleranzen eine Rolle. Insbesondere bei der Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs sind darüber hinaus auch dynamische Toleranzen zu berücksichtigen, da bei dieser ein gewisses Maß an Bewegungsspiel nicht zu eliminieren ist. Mittels des erfindungsgemäßen Übertragungselements 3 werden Abweichungen der Drehachse der Lenkspindel bzw. des Lagerrings 6 von der Drehachse des Antriebszahnrades 5 kompensiert, und zwar sowohl Abweichungen in der radialen Lage der Achsen als auch Abweichungen von der Parallelität. Die Gegenlager 5.1, 5.3 des Antriebszahnrades 5 sowie die Gegenlager 6.2, 6.4 des Lagerrings 6 sind in der vorliegenden Ausführung jeweils einstückig an diesen Teilen angeformt.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Übertragungselement 3 auch bei den zuvor erwähnten Sensoren der ersten Art, bei denen ein codiertes Element konzentrisch zur Lenkspindel angeordnet ist und mit dieser gleichsinnig mitgedreht wird, vorteilhaft verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19534063 A1 [0002]
- DE 102006006359 A1 [0016]

Claims

Übertragungselement (3) zur drehmomentübertragenden Verbindung eines um eine erste Drehachse (1') drehbaren ersten Elements (1, 6) mit einem um eine zweite Drehachse (2') drehbaren zweiten Element (2, 5), wobei die erste und die zweite Drehachse (1', 2') einen von Null Grad verschiedenen Knickwinkel miteinander einschließen und/oder einen radialen Versatz zueinander aufweisen können, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (3) ein mit vier Lageraufnahmen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) versehener, federelastische Eigenschaften aufweisender ringförmiger Körper ist, wobei jeweils zwei der Lageraufnahmen (4.2, 4.4; 4.1, 4.3) bezüglich des Ringumfangs einander gegenüberliegend angeordnet und mit jeweils zwei einerseits dem ersten Element (1) und andererseits dem zweiten Element (2) zugeordneten Gegenlagern (6.2, 6.4; 5.1, 5.3) so in Eingriff gestellt sind, dass das Übertragungselement (3) in axialer Richtung unter elastischer Vorspannung gehalten ist.
Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elastische Vorspannung in jeder Drehstellung ein spielfreier Kontakt des ersten Elements (1) mit dem zweiten Element (2) bewirkt ist.
Übertragungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) im Schnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes haben, wobei die zur geschlossenen Seite hin aufeinander zulaufenden Schenkel des Trapezes die Anlageflächen für die Gegenlager (5.1, 6.2, 5.3, 6.4) bilden, die im Schnitt eine halbkreisförmige Kontur aufweisen, so dass sich zwischen Lageraufnahme (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) und Gegenlager (5.1, 6.2, 5.3, 6.4) definierte Berührungslinien ergeben.
Verwendung eines Übertragungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur drehmomentübertragenden Verbindung einer Winkelmesseinrichtung mit einem Objekt, dessen Drehbewegung gemessen werden soll.
Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung ein Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug ist, und dass das Objekt die Lenkspindel des Kraftfahrzeugs ist.