DE102009057809A1

DE102009057809A1 - Torsionsmodul

Info

Publication number: DE102009057809A1
Application number: DE200910057809
Authority: DE
Inventors: Harald Donner; Stefan Schröder
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Beschrieben wird ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad mit einem an einer Lenkspindel befestigbaren Innenring und einem über Biegespeichen mit dem Innenring verbundenen und konzentrisch zu diesem angeordneten Außenring.
Erfindungsgemäß ist erstens vorgesehen, dass mindestens ein Federelement vorgesehen ist, das zwei sich radial erstreckende Biegespeichen ausbildet, die einstückig über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind und dass der Verbindungsabschnitt in den Innenring eingespritzt ist.
Erfindungsgemäß ist zweitens vorgesehen, dass die Biegespeichen durch mindestens ein Federelement gebildet sind, und dass die Endabschnitte des Federelements jeweils ein Anschraubauge ausbilden, das in den Außenring eingespritzt ist und dass die Umspritzung an den Orten der Anschraubaugen jeweils einen Durchbruch aufweist, durch die ein Stift oder eine Schraube durch das Anschraubauge hindurchführbar ist.
Die vorgeschlagenen ersten und zweiten erfindungsgemäßen Merkmale können besonders vorteilhaft auch in Kombination miteinander zur Anwendung kommen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad mit einem an einer Lenkspindel befestigbaren Innenring und einem konzentrisch zu diesem angeordneten Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring Biegespeichen angeordnet sind, die mit dem Innenring und dem Außenring formschlüssig verbunden sind.
Drehmomenterfassungseinrichtungen der betreffenden Art werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um das auf das Lenkrad ausgeübte Drehmoment zu erfassen, dessen Wert etwa als Eingangsgröße für elektrische Lenkkraftunterstützungssysteme benötigt wird. Zur Drehmomenterfassung ist dabei ein Torsionsmodul vorgesehen, das einen Drehwinkelversatz zwischen Lenkspindel und Lenkrad bei Anlegen eines Drehmoments gestattet. Derartige Torsionsmodule sind beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 101 44 143 A1 und DE 101 44 054 A1 bekannt.
Die DE 101 44 143 A1 zeigt ein Torsionsmodul, bei dem der Innenring und der Außenring über Biegespeichen einstückig miteinander verbunden sind. Das Torsionsmodul ist, bis auf separat zu montierende zylinderförmige Anschlagelemente, als ein massives Teil ausgebildet, welches beispielsweise aus Aluminium geschmiedet oder gegossen ist. Die Herstellung derartiger Teile ist durch die erforderliche umfangreiche und zeitaufwändige mechanische Bearbeitung sehr kostenaufwändig.
In der DE 101 44 054 A1 ist ein Torsionsmodul beschrieben, bei dem der Innenring und der Außenring als separat gefertigte Teile ausgebildet sind, die durch mehrere ebenfalls separat gefertigte Biegespeichen miteinander kraft- und/oder formschlüssig verbunden sind. Hierdurch sind die Einzelteile dieses Torsionsmoduls zwar einfacher und kostengünstiger zu fertigen als bei dem Torsionsmodul gemäß der DE 101 44 143 A1 ; der Aufwand zur Montage ist allerdings deutlich höher. Nachteilig ist auch, dass die Einbettung der streifenförmigen Biegespeichen in die Ringstrukturen zum Auftreten einer Hysterese führen kann, bedingt durch kleine Relativbewegungen der Biegenspeichen zum Innen- bzw. zum Außenring.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung zu schaffen, das auf besonders einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist und sich durch eine besonders geringe Hysterese auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß erstens dadurch gelöst, dass mindestens ein Federelement vorgesehen ist, das zwei sich radial erstreckende Biegespeichen ausbildet, die einstückig über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind und dass der Verbindungsabschnitt in den Innenring eingespritzt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zweitens dadurch gelöst, dass die Biegespeichen durch mindestens ein Federelement gebildet sind, und dass die Endabschnitte des Federelements jeweils ein Anschraubauge ausbilden, das in den Außenring eingespritzt ist und dass die Umspritzung an den Orten der Anschraubaugen jeweils einen Durchbruch aufweist, durch die ein Stift oder eine Schraube durch das Anschraubauge hindurchführbar ist.
Die Merkmale der ersten und der zweiten Lösung können besonders vorteilhaft auch in Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Idee der Erfindung beruht darauf, die Biegespeichen des Torsionsmoduls so auszubilden, dass sie eine besonders stabile Anbindung am Innenring und/oder am Außenring ermöglichen, wobei die Befestigung der Biegespeichen insbesondere durch eine Umspritzung bei der Herstellung des Innen- bzw. Außenrings erreicht wird.
Die erste Aufgabenlösung sieht dabei Biegespeichen vor, die paarweise einstückig hergestellt werden können und die durch Umspritzung des Verbindungsabschnitts auf einfache und mechanisch stabile Weise mit dem Innenring des Torsionsmoduls verbindbar sind.
Die zweite Aufgabenlösung sieht Anschraubaugen an den Endabschnitte des mindestens einen Federelements vor, die bei der Herstellung des Außenrings mit umspritzt werden und dadurch eine stabile formschlüssige Verbindung zum Außenring herstellen. Besonders vorteilhaft ist, dass die Anschraubaugen die Biegespeichen formschlüssig mit einem an das Torsionsmodul anfügbaren Lenkrad verbinden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel eines Torsionsmoduls,
2 zwei Federelemente des Torsionsmoduls in einer Einzelteildarstellung,
3 alternativ ausgeführte Federelemente,
4 Federelemente gemäß der 3, die mit einer Hülse verbunden sind.
Die 1 zeigt ein montiertes Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems in einem Kraftfahrzeug.
Das Torsionsmodul besteht aus einem Speichenrad 1 und zwei am Speichenrad angeordnete Wegsensoren 7. Das Speichenrad 1 weist einen Innenring 2 und einen Außenring 4 auf, die als Aluminiumspritzgießteile hergestellt sind. Der Innenring 2 und der Außenring 4 sind durch zwei umspritzte Federelemente 3, welche zugleich Biegespeichen 9 ausbilden, miteinander verbunden.
In der 2 sind zwei einzelne Federelemente 3 dargestellt, wie sie einander spiegelsymmetrisch gegenüberstehend an dem Torsionsmodul montiert sind. Als Federelemente 3 können entweder zwei identische, jeweils symmetrisch ausgebildete Teile, oder aber zwei unterschiedlich geformte, aber zueinander spiegelsymmetrische Teile vorgesehen sein. Hierbei ist die erste Möglichkeit zumeist kostengünstiger, da in diesem Fall nur eine Sorte von Federelementen 3 zu fertigen ist.
Die Federelemente 3 bestehen aus jeweils zwei geraden Abschnitten, welche am Speichenrad 1 die Biegespeichen 9 ausbilden, und die jeweils über einen Verbindungsabschnitt 10, welcher die Form eines Kreisbogenabschnitts aufweist, einstückig miteinander verbunden sind. Die Biegespeichen 9 an jedem Federelement 3 sind so zueinander ausgerichtet, dass sich ihre gedachten Verlängerungen unter einem rechten Winkel schneiden. Zwischen den Biegespeichen 9 und den Verbindungsabschnitten 10 sind zur Erhöhung der Biegesteifigkeit Verstärkungsrippen 12 angeformt. Die äußeren Enden der Biegespeichen 9 sind mit abgewinkelte Endabschnitten 11 verbunden, deren Endstücke zu Anschraubaugen 13 geformt sind.
In der 1 sind von den Federelementen 3 vier Biegespeichen 9 und vier Anschraubaugen 13 erkennbar. Beim Spritzgießen des Außenrings 4 werden die Endabschnitte 11 und die Anschraubaugen 13 mit eingespritzt. Wie die 1 zeigt, erstrecken sich die Anschraubaugen 13 bis zur Oberfläche des Außenrings 4 und bilden Anschrauböffnung 8 aus, über die ein (hier nicht dargestelltes Lenkrad) an den Außenring 4 angeschraubt werden kann.
Die Verbindungsabschnitte zwischen den Biegespeichen 9 sind in der 1 nicht erkennbar, da sie vom einer Umspritzung umgeben sind, die zugleich den Innenring 2 ausbildet. An den Innenring 2 sind einstückig drei sich sternförmig nach außen erstreckende Anschlagspeichen 14 angeformt, die mit Anschlagelementen 5 verbunden sind, welche in jeweils einem Fenster 15 im Außenring 4 geführt sind. Die Fenster 15 besitzen ein geringes Übermaß gegenüber der Breite der Anschlagelemente 5, wodurch die Verdrehbarkeit des Innenrings 2 gegen den Außenring 4 festgelegt und begrenzt ist. Mit dem Innenring 2 ist außerdem eine Hülse 6 mit einer mehreckigen Innenkontur verbunden, in die eine Lenkspindel eingefügt werden kann.
Die soweit beschriebene Anordnung dient zur Erfassung eines Lenkmomentes und funktioniert dem Prinzip nach wie folgt. Wird das nicht dargestellte Lenkrad gedreht, so wird die Lenkradbewegung von dem mit dem Lenkrad verbundenen Außenring 4 über die Biegespeichen 9 des Speichenrades 1 und über die Hülse 6 auf die Lenkspindel übertragen. Durch das auf den Außenring 4 einwirkende Drehmoment wird dieser gegenüber den Innenring 2 verdreht, wodurch die Biegespeichen 9 eine Scherung erfahren. Der Betrag dieser Verformung ist ein Maß für das einwirkende Drehmoment und kann durch einen Messwertaufnehmer, ausgeführt beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen an den Biegespeichen 9, ermittelt werden.
Wie in der 1 dargestellt kann alternativ auch vorgesehen sein, durch geeignete Wegsensoren 7 die Verschiebung der Anschlagspeichen 14 relativ zum Außenring 4 zu ermitteln, und aus dieser Verschiebung das Drehmoment zu berechnen. Auf den Anschlagspeichen 14 sind mehrere Schraubhülsen 16 erkennbar, an denen zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring 2 eine nicht dargestellter Leiterplatte befestigt werden kann, welche eine Elektronik zur Aufbereitung der Signale der Wegsensoren 7 trägt.
Die Anschlagspeichen 14 haben darüber hinaus die Funktion, eine Überlastung der Biegespeichen 9 durch zu große Drehmomente zu verhindern. Ist die Scherung der Biegespeichen 9 so groß, dass die Anschlagspeichen 14 gegen Randflächen der Fenster 15 laufen, so wird die Lenkbewegung über die Anschlagspeichen 14 auf die Lenkspindel übertragen, ohne dass die Scherung der Biegespeichen 9 weiter vergrößert wird.
Durch die Umspritzung der Endabschnitte und der Anschraubaugen 13 am Außenring 4 einerseits und der Verbindungsabschnitte 10 andererseits sind die Federelemente 3 auf einfache und kostengünstige Weise stabil und praktisch hysteresefrei am Speichenrad 1 angeordnet.
Eine alternative Ausführungsform von Federelementen 3' ist in der 3 dargestellt. Im Gegensatz zu den Federelementen aus der 2 bilden die Verbindungsabschnitte 10' hier keine Kreisbogenabschnitte, sondern jeweils zwei gegeneinander abgewinkelte Teilabschnitte 17 aus.
Aus der 4 ist ersichtlich, dass die Teilabschnitte 17 der Federelemente 3' passgenau an die mehreckige Außenkontur 18 einer Hülse 6' anfügbar sind. Mit dieser Außenkontur 18 können die Teilabschnitte 17 insbesondere durch Schweißen, Nieten oder Schrauben verbunden werden. Zusätzlich liegen die Biegespeichen 9' der Federelemente 3' an radialen Streben 19 an, welche einstückig an die Hülse 6' angeformt sind.
Durch die formschlüssige Verbindung von Federelementen 3' und Hülse 6' werden auf die Biegespeichen 9' der Federelemente 3' einwirkende Kräfte direkt auf die Hülse 6' übertragen. Hierdurch wird es möglich, die Hülse 6' und den Verbindungsabschnitt 10' statt mit einer Metallumspritzung mit einer kostengünstigeren, hier nicht dargestellten, Kunststoffumspritzung zu umgeben, da die Umspritzung praktisch keine auf die Federelemente 3' einwirkenden Kräfte weiterleiten muss.
Bezugszeichenliste

1: Speichenrad
2: Innenring
3, 3': Federelemente
4: Außenring
5: Anschlagelemente
6, 6': Hülse
7: Wegsensor(en)
8: Anschrauböffnungen (Durchbrüche)
9, 9': Biegespeichen
10, 10': Verbindungsabschnitt(e)
11: Endabschnitte
12: Verstärkungsrippen
13: Anschraubauge(n)
14: Anschlagspeichen
15: Fenster
16: Schraubhülsen
17: Teilabschnitte
18: (mehreckige) Außenkontur
19: radiale Streben

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10144143 A1 [0002, 0003, 0004]
DE 10144054 A1 [0002, 0004]

Claims

Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad (1) mit einem an einer Lenkspindel befestigbaren Innenring (2) und einem konzentrisch zu diesem angeordneten Außenring (4), wobei zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (4) Biegespeichen (9) angeordnet sind, die mit dem Innenring (2) und dem Außenring (4) formschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (3, 3') vorgesehen ist, das zwei sich radial erstreckende Biegespeichen (9, 9') ausbildet, die einstückig über einen Verbindungsabschnitt (10, 10') miteinander verbunden sind und dass der Verbindungsabschnitt (10, 10') in den Innenring (2) eingespritzt ist.
Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (10) in Form eines Kreisbogenabschnitts ausgebildet ist.
Torsionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (10') abgewinkelt ausgebildet ist.
Torsionsmodul für eine Drehmomenterfassungseinrichtung eines Lenksystems oder Lenkkraftunterstützungssystems, umfassend ein Speichenrad (1) mit einem an der Lenkspindel befestigbaren Innenring (2) und einem konzentrisch zu diesem angeordneten Außenring (4), wobei zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (4) Biegespeichen (9, 9') angeordnet sind, die mit dem Innenring (2) und dem Außenring (4) formschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegespeichen (9, 9') durch mindestens ein Federelement (3, 3') gebildet sind, und dass die Endabschnitte des Federelements (3, 3') jeweils ein Anschraubauge (13) ausbilden, das in den Außenring (4) eingespritzt ist und dass die Umspritzung an den Orten der Anschraubaugen (13) jeweils einen Durchbruch (8) aufweist, durch die ein Stift oder eine Schraube durch das Anschraubauge (13) hindurchführbar ist.
Torsionsmodul nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) und/oder der Außenring (4) als Aluminiumspritzgießteil ausgebildet ist.
Torsionsmodul nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) und/oder der Außenring (4) als gespritztes Kunststoffteil ausgebildet ist.
Torsionsmodul nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Biegespeichen (9, 9') über einen Verbindungsabschnitt (10, 10') miteinander verbunden sind und die Biegespeichen (9, 9') an ihren freien Endabschnitten (11) jeweils ein angeformtes Anschraubauge (13) aufweisen.