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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentsensoreinrichtung für ein Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Über derartige Drehmomentsensoreinrichtungen kann das vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebene Lenkmoment in der Lenkwelle des Lenksystems in einem Fahrzeug ermittelt werden. Aus der
DE 10 2007 022 282 A1 ist eine Drehmomentsensoreinrichtung für ein Lenksystem bekannt, mit einem ringförmigen Magneten als Geberelement und einem Sensorelement zum induktiven Erfassen des sich bei einer Lenkbewegung ändernden Magnetfeldes. Der ringförmige Magnet sitzt auf einem Eingangswellenabschnitt der Lenkwelle, das Sensorelement auf einem weiteren Wellenabschnitt mit axialem Abstand zum Magneten. Bei einer Lenkbewegung führen der Magnet und das Sensorelement eine Relativdrehbewegung zueinander aus, die über die einhergehende Magnetfeldänderung von dem Sensorelement registriert wird. Aus der Relativdrehbewegung kann auf das Lenkmoment geschlossen werden.
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Es ist des Weiteren bekannt, dass das Sensorgehäuse, in welchem die Sensor- und Gebereinheit aufgenommen ist, topfförmig ausgeführt und über einen Sensordeckel verschlossen ist. Sowohl im Boden des topfförmigen Sensorgehäuses als auch im Sensordeckel ist jeweils eine Ausnehmung zum Durchführen der Lenkwelle eingebracht. Der elektrische Anschluss der Sensoreinheiten erfolgt über eine Verkabelung, die durch eine Ausnehmung in der Seitenwand des Sensorgehäuses geführt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Drehmomentsensoreinrichtung für ein Lenksystem anzugeben, das sich bei einem einfachen Aufbau durch flexible Einsatzmöglichkeiten für verschiedenartige Lenksysteme auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Drehmomentsensoreinrichtung kann in Lenksystemen in Fahrzeugen eingesetzt werden, um das bei einer Lenkbewegung vom Fahrer erzeugte Lenkmoment zu ermitteln. Die Drehmomentsensoreinrichtung weist beispielsweise als Gebersystem einen Magneten auf, der mit einem ersten Wellenabschnitt der Lenkwelle verbunden ist, sowie als Empfängersystem ein Sensorelement, das mit einem zweiten Wellenabschnitt der Lenkwelle verbunden ist. Bei einer Lenkbewegung führen die Wellenabschnitte eine Relativdrehbewegung zueinander aus, welche über das sich ändernde Magnetfeld sensiert werden kann, wobei aus der Relativdrehbewegung auf das wirksame Drehmoment in der Lenkwelle geschlossen werden kann. Auch der Lenkwinkel selbst kann über die Drehmomentsensoreinrichtung ermittelt werden.
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Der Drehmomentsensoreinrichtung sind ein Sensorgehäuse und ein auf das Sensorgehäuse aufsetzbarer Sensordeckel zugeordnet. Im Sensorgehäuse ist das Geber- und Empfängersystem der Drehmomentsensoreinrichtung aufgenommen, wobei die Verkabelung für das Geber- und Empfängersystem in das Innere des Sensorgehäuses hineingeführt ist, um Geber- bzw. Empfängersystem mit Strom zu versorgen bzw. um Signale zu übertragen. Weitere Ausnehmungen sind in den Boden des Sensorgehäuses und in den Sensordeckel für die Lenkwelle eingebracht.
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Der Sensordeckel ist mindestens zweiteilig aufgebaut und weist zwei separate Deckelteile auf, die als Außenring und Innenring ausgebildet sind. Der Außenring ist auf das Sensorgehäuse aufsetzbar, der Innenring in den Außenring einsetzbar. Die Aufteilung in Außen- und Innenring erlaubt eine Anpassung an die Einbauverhältnisse durch Änderung der Relativwinkellage zwischen diesen beiden Bauteilen. Es kann ggf. eine Vormontage des Sensordeckels erfolgen, bei der der Außen- und Innenring, ggf. mit einem Wellendichtring in der passenden Relativlage gefügt werden. Es ist aber auch möglich, die Teile einzeln auf das Gehäuse zu fügen.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Außenring zumindest annähernd rotationssymmetrisch aufgebaut ist und eine umlaufende Sicherungseinrichtung zur Sicherung eines Kabelführungsbauteils aufweist, welches zur Führung der Verkabelung von Sensor- bzw. Gebersystem dient und als eigenständiges Bauteil mit dem Sensorgehäuse verbindbar ist. Die rotationssymmetrische oder zumindest annähernd rotationssymmetrische Ausführung des Außenrings erlaubt die Positionierung des Außenrings in beliebigen Winkellagen am Sensorgehäuse. Aufgrund der umlaufenden Sicherungseinrichtung, welche zur Sicherung des Kabelführungsbauteils dient, kann dieses trotz seiner festgelegten Position am Sensorgehäuse in jeder Drehwinkellage des Außenrings mit diesem verbunden und über den Außenring das Sensorgehäuse gesichert werden.
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Insgesamt werden über diese Ausführung der Drehmomentsensoreinrichtung konstruktive Vorteile und Montagevorteile erzielt. Die Aufteilung des Sensordeckels in einen Außen- und einen Innenring einerseits sowie die umlaufende Sicherungseinrichtung am Außenring zur Sicherung des Kabelführungsbauteils andererseits ermöglicht eine sichere Befestigung des Kabelführungsbauteils in beliebigen Winkellagen des Außenrings, wobei die Relativwinkellage des Innenrings in Bezug auf den Außenring an die jeweiligen Einbauverhältnisse angepasst werden kann.
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Die Sicherungseinrichtung an dem Außenring ist vorteilhafterweise als eine umlaufende Sicherungsnut ausgeführt, in die ein Abschnitt des Kabelführungsbauteils in montierter Position einragt. Die umlaufende Sicherungsnut ist beispielsweise an der Unterseite eines radial überstehenden Randabschnittes am Außenring angeordnet, am Kabelführungsbauteil kann an einer Klemmlasche ein Klemmvorsprung ausgebildet sein, der in die Sicherungsnut am Außenring einragt. Da die Sicherungsnut am Außenring umläuft, ist eine formschlüssige Verbindung in jeder Winkellage des Außenrings am Sensorgehäuse möglich.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Drehmomentsensoreinrichtung mit einem Niederhalteteil versehen, das als separates Bauteil ausgeführt und am Sensorgehäuse befestigbar ist. Über das Niederhalteteil kann der Außenring bzw. der vormontierte Sensordeckel (Innen- und Außenring gefügt) am Sensorgehäuse gesichert werden. Der Außenring ist auf die offene Stirnseite des Sensorgehäuses aufsetzbar und wird von dem Niederhalteteil formschlüssig oder in sonstiger Weise, insbesondere mechanisch gehalten, beispielsweise über Befestigungsschrauben, mit denen auch das Niederhalteteil selbst am Sensorgehäuse befestigt werden kann. Möglich ist es auch, dass in den Außenring über den Umfang verteilt mehrere Formschlusselemente eingebracht sind, denen mindestens ein Formschlusselement am Niederhalteteil zugeordnet ist. Die Formschlusselemente am Außenring sind beispielsweise als über den Umfang verteilte Eingriffsöffnungen ausgeführt, das Formschlusselement am Niederhalteteil zum Beispiel als eine Eingriffsnase, die im montierten Zustand in eine der Eingriffsöffnungen am Außenring einragt. Indem eine Vielzahl von Eingriffsöffnungen über den Umfang verteilt am Außenring angeordnet sind, kann der Außenring in einer Vielzahl von Winkellagen am Sensorgehäuse mithilfe des Niederhalteteils befestigt und gesichert werden.
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Die Ausnehmung, welche in den Innenring eingebracht ist, ist vorteilhafterweise exzentrisch im Innenring angeordnet, so dass je nach Relativwinkellage zwischen Innen- und Außenring die Ausnehmung im Innenring eine unterschiedliche Position gegenüber der Längsachse des Sensorgehäuses einnimmt. Gegebenenfalls ist auch die Ausnehmung, welche im Boden des Sensorgehäuses für die Lenkwelle eingebracht ist, exzentrisch zur Längsachse des Sensorgehäuses angeordnet. Das Sensorgehäuse ist vorteilhafterweise topfförmig ausgebildet, wobei Außen- und Innenring auf die freie Stirnseite des topfförmigen Gehäuses aufsetzbar sind.
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Der Innenring kann auf verschiedene Weise mit dem Außenring verbunden werden, beispielsweise über Schweißen, Kleben, Pressen oder auf mechanische Weise, wobei gegebenenfalls eine Abdichtung wie zum Beispiel ein O-Ring zwischen Innen- und Außenring vorgesehen sein kann.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
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2 in perspektivischer Ansicht eine Drehmomentsensoreinrichtung für das Lenksystem, mit einem topfförmigen Sensorgehäuse und einem Sensordeckel, der aus einem Außen- und einem Innenring besteht, mit einem zusätzlichen Niederhalteteil zur Sicherung des Sensordeckels am Gehäuse,
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3 einen Schnitt durch das Sensorgehäuse und den Sensordeckel, mit einem Kabelführungsteil an der Seitenwand des Sensorgehäuses,
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4 ein weiterer Schnitt durch das Sensorgehäuse und den Sensordeckel in einer anderen Schnittebene.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Lenksystem 1 in einem Fahrzeug dargestellt, mit einem Lenkrad 2, einer Lenkwelle 3, einem Lenkgetriebe 4 und einem Lenkgestänge 5 zum Lenken der Vorderräder 6. Das Lenksystem 1 ist mit einer elektrischen Servoeinrichtung 7 (Electric Power Steering – EPS) ausgestattet, die einen elektrischen Servomotor umfasst. Die Servoeinrichtung 7 erzeugt ein die Lenkbewegung des Fahrers unterstützendes Drehmoment. Bei einer Lenkbewegung gibt der Fahrer über das Lenkrad 2 einen Lenkradwinkel δL vor, der über das Lenkgetriebe 4 und das Lenkgestänge 5 in einen Radlenkwinkel δV an den lenkbaren Vorderrädern 6 umgesetzt wird.
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Zur Ermittlung des vom Fahrer bei Betätigung des Lenkrades 2 vorgegebenen Lenkmomentes ist das Lenksystem 1 mit einer Drehmomentsensoreinrichtung ausgestattet, die vorzugsweise in das Lenkgetriebe 4 integriert ist und zwischen zwei Wellenabschnitten der Lenkwelle einen Signalgeber und einen Signalempfänger zur Ermittlung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen diesen Wellenabschnitten aufweist. Aus dem Relativ-Verdrehwinkel kann das aktuelle Lenkmoment bestimmt werden.
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In 2 ist eine Drehmomentsensoreinrichtung 7 mit einem Sensorgehäuse 8 und einem auf die offene Stirnseite des Sensorgehäuses 8 aufsetzbaren Sensordeckel 9 dargestellt. Das Sensorgehäuse 8 kann Teil des Lenkgetriebes sein bzw. in das Lenkgetriebe integriert sein.
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In den Boden des Sensorgehäuses 8 ist eine Ausnehmung 10 zum Hindurchführen der Lenkwelle eingebracht. In die Umfangswandung des Sensorgehäuses 8 ist eine weitere Ausnehmung 11 eingebracht, die zum Durchführen einer Verkabelung für die Sensoreinheit dient, welche im Inneren des topfförmigen Sensorgehäuses 8 aufgenommen ist. An die Ausnehmung 11 in der Umfangswandung des Sensorgehäuses 8 ist ein als separates Bauteil ausgeführtes Kabelführungsbauteil 12 anschließbar, welches zur Führung der Verkabelung dient.
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Der Sensordeckel 9, der auf die freie Stirnseite des Sensorgehäuses 8 aufsetzbar ist, ist zweiteilig ausgeführt und umfasst einen Außenring 13 sowie einen Innenring 14. Der Außenring 13 ist auf die Stirnseite des Sensorgehäuses 8 aufsetzbar. Der Innenring 14 ist in die zentrale Ausnehmung des Außenrings 13 einsetzbar und dort mit geeigneten Maßnahmen am Außenring zu verbinden, beispielsweise mittels Schweißens, Klebens, auf mechanische Weise oder dergleichen. Die Verbindung zwischen Innen- und Außenring kann auch als Vormontage erfolgen. Der Innenring 14 weist eine exzentrisch angeordnete Ausnehmung 15 auf, die gegenüber der Längsachse des topfförmigen Sensorgehäuses 8 exzentrisch angeordnet ist. Auch die Ausnehmung 10 im Boden des Sensorgehäuses 8 kann exzentrisch zur Längsachse angeordnet sein. Je nach Relativdrehlage zwischen dem Innenring 14 und dem Außenring 13 kann die Ausnehmung 15 im Innenring 14 eine unterschiedliche exzentrische Position gegenüber der Längsachse des Sensorgehäuses einnehmen.
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Des Weiteren ist ein Niederhalteteil 16 vorgesehen, das mittels Befestigungsschrauben 17 an Befestigungsaugen 18 am Sensorgehäuse 8 festzuschrauben ist. Das Niederhalteteil 16 hat die Aufgabe, den Außenring 13 bzw. den Sensordeckel 9 fest und verdrehsicher am Sensorgehäuse 8 zu sichern. Hierzu weist die obere Stirnseite des Außenrings 13 über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Eingriffsöffnungen 19 auf, denen Eingriffsnasen 20 an der radial innen liegenden Seite des ringförmigen Niederhalteteils 16 zugeordnet sind. An der unteren Stirnseite weist der Außenring 13 axial gerichtete Laschen 21 auf, die beim Aufsetzen in die zentrale stirnseitige Öffnung des Sensorgehäuses 8 einragen und den im Sensorgehäuse 8 aufgenommenen Sensor halten. Über das Niederhalteteil 16 wird eine feste, mechanische Verbindung zwischen dem Außenring 13 bzw. dem Sensordeckel 9 und dem Sensorgehäuse 8 hergestellt.
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Zusätzlich ist ein Wellendichtring 22 vorgesehen, der auf die Lenkwelle aufgeschoben wird und in montierter Position in einer topfförmigen, die exzentrische Ausnehmung 15 umgreifende Wandung auf der Oberseite des Innenrings 14 aufgenommen ist.
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Wie 2 in Verbindung mit den weiteren Figuren zu entnehmen, ist das Kabelführungsbauteil 12 über den Außenring 13 formschlüssig am Sensorgehäuse 8 gehalten. Hierzu weist der Außenring 13 einen radial außen liegenden Randabschnitt 23 auf, an dessen Unterseite eine umlaufende Sicherungsnut 24 gebildet ist (3), in die in montierter Position ein Klemmvorsprung 26 einragt, der an der Stirnseite einer Klemmlasche 25 des Kabelführungsbauteils 12 angeordnet ist. Da die Sicherungsnut 24 umlaufend ausgebildet ist, kann in jeder Drehlage des Außenrings 13 bezogen auf das Sensorgehäuse 8 das Kabelführungsbauteil 12 formschlüssig gesichert werden.
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In 3 sind außerdem schematisch die Wellenabschnitte 3a und 3b der Lenkwelle 3 eingetragen, die durch das Sensorgehäuse bzw. den Sensordeckel geführt sind. Die Wellenabschnitte 3a, 3b sind mit einem Impulsgeber 27 bzw. einem Sensor 28 versehen, um das wirksame Lenkmoment feststellen zu können. Der Impulsgeber 27 ist beispielsweise als ein Magnet ausgeführt, dementsprechend ist der Sensor 28 als ein Magnetfeld detektierender Sensor ausgebildet, beispielsweise als Hallsensor. Die Verkabelung der Sensoreinrichtung, insbesondere des Sensors, erfolgt über die Ausnehmung 11 in der Umfangswandung des Sensorgehäuses 8 und wird von dem Kabelführungsbauteil 12 gestützt und in gewünschter Weise geleitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkgetriebe
- 5
- Lenkgestänge
- 6
- Vorderrad
- 7
- Drehmomentsensoreinrichtung
- 8
- Sensorgehäuse
- 9
- Sensordeckel
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Kabelführungsbauteil
- 13
- Außenring
- 14
- Innenring
- 15
- exzentrische Ausnehmung
- 16
- Niederhalteteil
- 17
- Befestigungsschraube
- 18
- Befestigungsauge
- 19
- Eingriffsöffnung
- 20
- Eingriffsnase
- 21
- Lasche
- 22
- Wellendichtring
- 23
- Randabschnitt
- 24
- Sicherungsnut
- 25
- Klemmlasche
- 26
- Klemmvorsprung
- 27
- Impulsgeber
- 28
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007022282 A1 [0002]
