WO2014012893A2 - Vorrichtung mit einer drehmomentsensoreinrichtung und optional einer lenkwinkelsensoreinrichtung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum zusammenbauen einer solchen vorrichtung aus mehreren bauteilen - Google Patents

Vorrichtung mit einer drehmomentsensoreinrichtung und optional einer lenkwinkelsensoreinrichtung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum zusammenbauen einer solchen vorrichtung aus mehreren bauteilen Download PDF

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WO2014012893A2
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flux
holder
axial
magnetic
slider
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Roman Schoepe
Ekkehart Froehlich
Michael Cirillo
Original Assignee
Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a device for a motor vehicle, with a
  • Torque sensor device for detecting a on a steering shaft of the
  • the torque sensor device comprises a magnet that can be connected to a first shaft part of the steering shaft, as well as a holder that is connectable to a second shaft part of the steering shaft.
  • a magnetic stator - in particular of a soft magnetic material - arranged, which is designed for conducting magnetic flux from the magnet towards a first and a second flux guide and thereby to a magnetic sensor.
  • a slider for the holder is provided, which is designed to carry the flux conductors.
  • the holder is rotatably mounted relative to the slider.
  • the invention also relates to a method of assembling such a device from said components.
  • Torque sensor means for detecting a on a steering shaft of a
  • Such torque sensor devices can be used for example in electric steering systems.
  • Such a torque sensor device is known, for example, from the document US 2004/0194560 A1 and from the document DE 102 40 049 A1.
  • the torque sensor device is at two in the axial direction
  • a magnet - such as a ring magnet - arranged, while mounted on the other shaft part, a holder with a magnetic stator, which is opposite to the permanent magnet in the radial direction over a small air gap.
  • a stator - which usually consists of two separate stator parts - the magnetic flux of the magnet is guided towards a first and a second flux guide, which then the magnetic flux to a magnetic sensor - such as a Hall sensor - deliver.
  • the magnetic sensor is located between the two flux guides, as is well visible for example in Figs. 7 and 8 of the document US 2004/0194560 A1.
  • Such a torque sensor device is also known from the document
  • steering angle sensor devices which serve to detect the current steering angle of the steering shaft are known from the prior art. Such a device can be seen for example from the document DE 10 2008 01 1 448 A1 as known.
  • a rotational movement of the steering shaft is transmitted here via a gear on a smaller gear, which carries a magnet.
  • the rotation of the smaller gear is then detected using a magnetic sensor.
  • Torque sensor device on the one hand and the steering angle sensor device on the other hand are integrally formed as a common unit.
  • the magnetic stator is formed of two separate stator parts, which are axially mounted or
  • An inventive device for a motor vehicle comprises a torque sensor device for detecting a on a steering shaft of
  • the torque sensor device comprises a magnet which can be connected to a first shaft part of the steering shaft, as well as a holder which can be connected to a second shaft part of the steering shaft.
  • the two shaft parts can be coupled to each other, for example via a torsion bar.
  • the torque sensor device also has a magnetic stator arranged on the holder, which is designed to conduct magnetic flux from the magnet to a first and a second flux guide and via the flux guide to a magnetic sensor.
  • a slider for the holder serves to support the flux conductors, wherein the holder is rotatably mounted relative to the slider. Between the first flux guide and the second flux guide is an axial insertion slot
  • the flux guides each have a radially receiving region arranged in axial overlap with the stator for receiving the magnetic flux from the stator and an axial and thus extending in the axial direction at a right angle from the receiving region
  • this embodiment enables an efficient transmission of the flux to the magnetic sensor, which extends in the axial direction and axially in the Insertion shaft between the two flux guides or between the two
  • the mutual transmission areas can overlap one another in the radial direction.
  • a projection of one flux guide exists in the radial direction on the other flux guide.
  • This embodiment proves to be particularly advantageous when the magnetic sensor is formed flat in the radial direction.
  • the magnetic sensor may be sandwiched between the respective transmission regions of the flux conductors.
  • an axial recess is formed through which the magnetic sensor extends axially therethrough to intermesh with the
  • the recess is preferably a passage opening, which is formed in a transition region or corner region between the transmission region and the reception region of the flux guide.
  • the said recess forms virtually an input of the axial
  • Insertion shaft so that by providing such a recess, the magnetic sensor can be inserted axially into the insertion slot even if the two plate-like transfer regions overlap each other in the radial direction.
  • the transfer areas are plate-shaped and flat.
  • the transfer areas are in the form of tabs which protrude from the respective receiving areas at a right angle.
  • the respective transmission regions of the flux conductors are preferably arranged parallel to one another in mutual overlap.
  • first and the second flux guide are identical components or elements of the same construction.
  • the design and manufacturing effort in the production of flux conductors is minimal.
  • the flux conductors can be produced in a low-cost stamping and bending process, in which relatively little material waste is obtained.
  • the slider has a fastening region on which the flux conductors, in particular via the respective radial
  • Housing for the flux conductors or is designed as such a housing, so that the use of an additional flux guide housing is unnecessary. Because the flux conductors are attached directly to the slider for the holder, additionally reduces the number of required components and thus also the assembly effort. In addition to the function of a housing for the holder, the slider additionally assumes the function of a housing for the two flux conductors.
  • the attachment region of the slider can have an axial recess, in particular an axial passage opening, into which the flux conductors extend axially.
  • the respective transmission regions of the flux conductors extend into this axial recess, while the respective receiving regions are connected to the slider.
  • connection of the flux conductors with the slider may look like that in the
  • Fluxes - in particular in the respective receiving areas - holes are formed, which are plugged into corresponding pins of the slider. Subsequently, the free ends of these pins - for example, by ultrasound or by heat - deformed and thereby converted into a rivet head, which ensures a simple and secure attachment of the flux conductors.
  • the said pins or pins extend in particular in the axial direction, so that an axial mounting direction of the flux conductors is ensured.
  • the device may be a multifunctional device: it may additionally have a steering angle sensor device for detecting a steering angle of the steering shaft. Thus, the torque sensor device is with the
  • Steering angle sensor device integrally formed as a unit.
  • the steering angle sensor device may comprise a transmission housing for a transmission, by means of which a rotational movement of the steering shaft in a rotational movement of a sensor element - for example a magnet - the steering angle sensor device is transferable. It can be provided that the slider and the
  • the gear housing is arranged offset in the circumferential direction to the mounting region of the slider or offset from the two flux guides. This means that the gear housing is arranged at an angular distance to the mounting region for the flux conductors.
  • the sensor housing can be at least approximately at the same axial height as the two flux conductors.
  • a common printed circuit board is provided, on which both the magnetic sensor of the torque sensor device and a sensor of
  • Steering angle sensor device are arranged. It is therefore unnecessary to use a separate board with the associated disadvantages, especially in terms of cost and valuable space.
  • the magnetic sensor of the torque sensor device is in the axial direction of the circuit board.
  • the magnetic sensor can protrude at a right angle from the circuit board and then extend axially into the insertion slot.
  • the printed circuit board itself is preferably oriented perpendicular to a longitudinal axis of the steering shaft and radially. This means that while the magnetic sensor is in axial direction, the circuit board preferably extends in the radial direction and thus perpendicular to the steering shaft. Thus, the expansion of the device in the axial direction is minimal.
  • the above-mentioned gear housing has an axial recess for the transmission of the steering angle sensor device, which further the size of the
  • the gear housing thus represents on the one hand a housing for the transmission and on the other hand also a housing for the printed circuit board.
  • the gear housing may additionally have an axial passage opening through which a plug of the printed circuit board is inserted, so that this plug can be contacted on the other axial side of the gear housing or the slider.
  • the invention also relates to a motor vehicle with an inventive
  • An inventive method is used for assembling or mounting a torque sensor device from the components mentioned in the independent method claim, wherein between the first flux guide and the second flux guide, an axial insertion slot is formed, in which the magnetic sensor is inserted axially into it.
  • Embodiments and their advantages apply correspondingly to the motor vehicle according to the invention and to the method according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic exploded view of a device according to a
  • Figure 2 is a schematic and perspective view of the device in the assembled state.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a flux guide of the device according to a first embodiment
  • Fig. 4 is a circuit board with two magnetic sensors, which are in respective
  • Insertion slots between two flux conductors according to FIG 3 extend into it
  • Fig. 5 is a plan view of the arrangement of FIG. 4;
  • FIG. 6 in a schematic representation of a flux guide according to a second
  • FIG. 7 is a schematic representation of the printed circuit board with the magnetic sensors, wherein the insertion ducts are formed between two flux conductors according to FIG. 6;
  • FIG. 8 is a schematic representation of a plan view of the arrangement according to FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a slider according to FIG. 1.
  • a device 1 shown in FIG. 1 comprises both a torque sensor device and a Steering angle sensor device.
  • the torque sensor device is used to measure a torque applied to a steering shaft of a motor vehicle.
  • Steering angle sensor device is used to detect the current steering angle of the
  • the device 1 is formed as an integral unit, so that an integral sensor device is provided, which is used both for detecting the
  • Torque is designed as well as for measuring the steering angle.
  • the steering shaft includes two shaft parts, which are interconnected via a torsion bar, not shown in the figures.
  • a holder 2 On one of the shaft parts, a holder 2 is mounted rotatably, while on the other shaft part, not shown in the figures magnet - namely permanent magnet, for example in the form of a ring magnet - is held against rotation.
  • the holder may be an integrally formed plastic part and / or a cast component.
  • the holder 2 can also be provided with a metal sleeve or other fastening elements such as tabs, hooks, clips and the like in order to fix the holder 2 to the associated shaft part.
  • the holder 2 has two axially juxtaposed cylindrical regions, namely on the one hand a first axial cylindrical portion 3 and a staggered in the axial direction and concentric with the first region 3 and a slightly smaller diameter having second axial region 4.
  • the first axial region 3 is via a plurality of circumferentially distributed struts or spokes 5 connected to the second axial region 4. Between the struts 5 axial recesses 6 are formed. Make these recesses 6
  • the first axial region 3 of the holder 2 has two axial edge regions, namely, on the one hand, a first outer edge region 7 and, on the other hand, a second axial region
  • Edge region 8 In the second axial edge region 8, a circumferential flange 9 is formed, which protrudes slightly from the first axial region 3 of the holder 2 in the radial direction to the outside and thus forms a circumferential collar or projection.
  • a plurality of axial indentations or recesses 10 are formed, which are formed as axial depressions in the externa ßeren edge of the axial portion 3 of the holder 2.
  • a slider 1 1 As well as a stator 12, which consists in the embodiment of a first stator 13 and a second stator 14.
  • the stator 12 is formed of a soft magnetic material and serves to conduct the magnetic flux from said magnet toward a first and a second flux guide 15, 16 and thereby to a first and a second magnetic sensor 17, 18, which in particular as Hall Sensors are formed.
  • the slider 1 1 is additionally shown in an enlarged view in Fig. 9. It has an inner sleeve 19, which is formed annularly encircling and in which the first axial portion 3 of the holder 2 is received, so that the externa ßere circumference of the first portion 3 of the holder 2 can slide on an inner circumference of the sleeve 19.
  • the first axial region 3 of the holder 2 is inserted into the sleeve 19 up to the radial flange 9 of the holder 2.
  • Each stator part 13, 14 is formed in one piece and has an annular, flange-like and radially outwardly Shen extending base member 20 and 21, as well as a plurality of tooth elements 22 and 23.
  • the tooth elements 22, 23 are of the respective base element 20, 21 in the axial direction, in the direction of the holder 2 out.
  • the tooth elements 22, 23 thus extend in the axial direction approximately parallel to a rotational axis of the steering shaft.
  • the two stator 13, 14 are the same, so that the number of tooth elements 22 of the
  • Stator part 13 is equal to the number of tooth elements 23 of the stator 14.
  • the stator part 14 with its toothed elements 23 is attached to the second axial region 4 of the holder 2 on the one hand, so that the toothed elements 23 are inserted axially through the recesses 6 between the struts 5 and on an inner circumference of the first axial region 3 of
  • Halters 2 are supported. After attaching the stator 14 to the second region 4 of the holder 2, the tooth elements 23 are arranged in the interior of the first region 3 of the holder 2, so that only the base element 21 projects radially outward.
  • the other stator part 13 is fastened to the holder 2 in such a way that the tooth elements 22 penetrate into the interior of the first region 3 of the holder 2 from the stator part 14
  • Stator parts 13, 14 can be fixed to the holder 2 in a wide variety of ways.
  • the two stator parts 13, 14 are arranged relative to one another such that the toothed elements 22 of the stator part 13 are each arranged between two adjacent toothed elements 23 of the second stator part 14. This means that in the circumferential direction alternately a toothed element 22 and then a toothed element 23 are arranged.
  • the assembly of the stator 12 on the holder 2 thus takes place entirely exclusively in the axial direction.
  • stator parts 13, 14 For fixing the stator parts 13, 14 to the holder 2, for example
  • Fixing rings 24, 25 may be provided, which can be plugged on both axial sides of the holder 2 and thus an axial movement of the
  • Stator parts 13, 14 can prevent.
  • These attachment rings 24, 25 can be any attachment rings 24, 25.
  • the invention is not limited to such a fixation of the stator parts 13, 14 on the holder 2, and a variety of types of fastening can be provided.
  • the torque sensor device has the two
  • Magnetic sensors 17, 18 which are mounted on a printed circuit board 26.
  • the magnetic sensors 17, 18 are formed as electronic components, which protrude from the circuit board 26 in the axial direction at a right angle and are designed to be flat overall.
  • the printed circuit board 26 is flat and plate-shaped and executed arcuate in its plane. This circuit board 26 is a common board for both the torque sensor device and the above Steering angle sensor device. On the circuit board 26 and sensor elements of the steering angle sensor device are arranged, as will be described in more detail below.
  • the integrally formed slider 1 1 has a mounting portion 27, which is designed for fastening the two flux conductors 15, 16.
  • a continuous axial recess 28 is formed, which is arranged radially adjacent to the sleeve 19 and in which from both axial sides of the respective flux conductors 15, 16 are inserted axially into it.
  • the flux conductors 15, 16 are fastened as follows:
  • the fastening region 27 has respective pins or pins 29 on its opposite axial sides, while the flux conductors 15, 16
  • the flux conductors 15, 16 can be placed on the corresponding pins 29 via these holes 30 and 31, and by forming or by forming the pins 29 rivet heads can be formed which an effective and reliable or reliable fixation of the flux conductors 15, 16th Ensure 1 1 on the slider.
  • the two flux conductors 15, 16 each have a receiving region 32 or 33, which is plugged onto the pins 29.
  • These receiving areas 32, 33 are plate-shaped and serve to receive the magnetic flux from the stator 12 and from the respective stator part 13 and 14, respectively.
  • the receiving areas 32, 33 are parallel to the respective base element 20, 21 the stator parts 13, 14 arranged so that the
  • Reception areas 32, 33 with the flange-like base elements 20, 21 overlap each other in the axial direction.
  • the two flux conductors 15, 16 may be formed of the same material as the stator 12, that is, of a soft magnetic material.
  • the slider 1 1 is further integral with a transmission housing 36 of the
  • Steering angle sensor device is formed, which for receiving a transmission 37 of the Steering angle sensor device is used and connects directly to the sleeve 19 radially.
  • This transmission housing 36 has an axial recess 38, in which the transmission 37 is received.
  • the transmission 37 is then covered by the circuit board 26, so that the transmission housing 36 is also designed to receive the printed circuit board 26.
  • a main gear 39 is connected to the steering shaft so as to rotate together with the steering shaft. The rotational movement of the steering shaft and thus of the
  • Main gear 39 is then transmitted to smaller satellites 40, 41 of the transmission 37.
  • the satellite 40 carries a permanent magnet, while the satellite 41 has a central passage opening 42, in which a pinion 43 is inserted with a tooth structure.
  • the structure of the transmission 37 corresponds to the structure of the known from the document DE 10 2008 01 448 A1 transmission.
  • the pinion 43 also carries a permanent magnet.
  • the gear housing 36 is axially closed by means of a cover 44, which has a passage opening 45 for the second axial region 4 of the holder 2.
  • a cover 44 which has a passage opening 45 for the second axial region 4 of the holder 2.
  • Fig. 2 the device 1 is shown in the assembled state.
  • a fixing unit 47 in the form of a fork-shaped receptacle, via which the slider 1 1 can be attached to vehicle parts and can be fixed relative to the steering shaft.
  • the holder 2 can be rotated relative to the slider 1 1, namely together with the steering shaft.
  • Fig. 2 also the respective tooth elements 23, 24 of the mutual stator parts 13, 14 can be seen.
  • Tooth elements 23, 24 are received in depressions, which are formed on the inner circumference of the first axial portion 3 of the holder 2.
  • FIG. 3 shows a flux guide 15, 16 according to one embodiment.
  • Two identical flux guides 15, 16 are used in the device 1, so that the number of required components is reduced to a minimum.
  • each flux conductor 15, 16 has a respective receiving region 32 or 33, via which the flux conductor 15 or 16 is fastened to the fastening region 27 via the bores 30 and 31, respectively.
  • the receiving region 32 or 33 is plate-shaped and extends in the assembled state in the radial direction and perpendicular to the axis of rotation of the steering shaft.
  • the reception area 32 or 33 as well as the base elements 20 or 21 of the stator 13, 14 overlap each other in the axial direction.
  • the two transmission areas 34a and 35a and 34b and 35b are designed as plate-like tabs, which are arranged parallel to each other in different radial heights or radially offset from each other.
  • the two transmission regions 34a or 35a and 34b or 35b then extend into the axial recess 28 of the
  • an axial recess 48 is formed, which represents a continuous opening through which one of the magnetic sensors 17, 18 can extend axially therethrough to overlap to arrive with the transmission area 34b and 35b.
  • FIG. 4 An arrangement of two such flux guides 15, 16 in the assembled state is shown in Fig. 4 together with the magnetic sensors 17, 18 and the circuit board 26. As is apparent from Fig. 4, the respective receiving areas 32, 33 are parallel to each other and overlap each other in the axial direction.
  • Transfer areas 34a and 35b are likewise parallel to one another and overlap in the radial direction, an axial insertion slot 49 being formed between these transfer areas 34a, 35b, in which the first magnetic sensor 17 extends axially beyond the recess 48, so that the magnetic sensor 17
  • Transmission region 35b of the other flux conductor 16 on the other hand is arranged.
  • the transmission regions 34b, 35a are radially superimposed and overlap each other in the radial direction.
  • These transfer regions 34b, 35a are arranged parallel to one another, wherein between these transfer regions 35a, 34b, a second axial insertion slot 50 is formed, in which the second magnetic sensor 18 extends axially parallel to the first magnetic sensor 17.
  • the second magnetic sensor 18 is thus sandwiched between the transmission region 34b of the first flux guide 15 on the one hand and the transmission region 35a of the second
  • a Plug 53 is arranged, via which the electronic components of the circuit board 26 can be contacted.
  • the plug 53 is inserted through an axial passage opening 54 (FIG. 1), which is formed in the transmission housing 36.
  • FIG. 5 the arrangement of FIG. 4 is shown from a different angle.
  • FIG. 5 a top view of the two flux conductors 15, 16 is shown.
  • the magnetic sensors 17, 18 are inserted in the axial direction in the respective insertion slots 49, 50, namely according to the arrow representations 55, 56th
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the flux conductors 15, 16 in more detail. In contrast to the embodiment of FIG. 3, the overlap
  • the plate-like transfer regions 34a and 35a and 34b and 35b thus extend parallel to each other and overlap each other.
  • the first insertion slot 49 is formed between the transfer region 35b of the second flux conductor 16 on the one hand and the transfer region 34a of the first flux conductor 15.
  • the two transmission areas 35b and 34a overlap each other in
  • the two transmission areas 35a and 34b also overlap each other in
  • All transmission regions 34a, 34b, 35a, 35b are arranged parallel to one another and parallel to the magnetic sensors 17, 18.
  • FIG. 8 A plan view of the arrangement according to FIG. 7 is shown in greater detail in FIG. 8. According to the arrow representations 55, 56, the two magnetic sensors 17, 18 are pushed axially into the respective insertion slots 49, 50.
  • the assembly of the device 1, as shown in Fig. 1, takes place along a single mounting direction, namely along the axial direction. It eliminates the radial mounting direction, so that the device 1 can be mounted very easily and quickly. It also results in a space savings, because the device 1 is particularly compact, especially in the axial direction, as is apparent in particular from FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Drehmomentsensoreinrichtung zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle des Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, wobei die Drehmomentsensoreinrichtung einen Magneten, der mit einem ersten Wellenteil der Lenkwelle verbindbar ist, einen Halter (2), der mit einem zweiten Wellenteil der Lenkwelle verbindbar ist, einen am Halter (2) angeordneten magnetischen Stator (12), welcher zum Leiten von magnetischem Fluss von dem Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter (15, 16) und hierdurch zu einem Magnetsensor (17, 18) der Drehmomentsensoreinrichtung ausgebildet ist, und ein Gleitstück (11) für den Halter (2) umfasst. Der Halter (2) ist relativ zum Gleitstück (11) drehbar, und das Gleitstück (11) ist zum Tragen der Flussleiter (15, 16) ausgebildet. Zwischen dem ersten Flussleiter (15) und dem zweiten Flussleiter (16) ist ein axialer Einschubschacht (49, 50) ausgebildet, in welchen sich der Magnetsensor (17, 18) axial hinein erstreckt.

Description

Vorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und optional einer
Lenkwinkelsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Zusammenbauen einer solchen Vorrichtung aus mehreren Bauteilen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer
Drehmomentsensoreinrichtung zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle des
Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments. Die Drehmomentsensoreinrichtung umfasst einen Magneten, der mit einem ersten Wellenteil der Lenkwelle verbindbar ist, wie auch einen Halter, der mit einem zweiten Wellenteil der Lenkwelle verbindbar ist. Am Halter ist ein magnetischer Stator - insbesondere aus einem weich-magnetischen Material - angeordnet, welcher zum Leiten von magnetischem Fluss von dem Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter und hierdurch zu einem Magnetsensor ausgebildet ist. Außerdem ist ein Gleitstück für den Halter vorgesehen, welches zum Tragen der Flussleiter ausgebildet ist. Der Halter ist relativ zum Gleitstück drehbar angeordnet. Die Erfindung betrifft au ßerdem ein Verfahren zum Zusammenbauen einer solchen Vorrichtung aus den genannten Bauteilen.
Drehmomentsensoreinrichtungen zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines
Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments sind bereits Stand der Technik. Solche Drehmomentsensoreinrichtungen können beispielsweise bei elektrischen Lenksystemen eingesetzt werden. Eine solche Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Beispiel aus dem Dokument US 2004/0194560 A1 sowie aus der Druckschrift DE 102 40 049 A1 bekannt. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist dabei an zwei sich in axialer Richtung
gegenüberliegenden Wellenteilen bzw. Teilwellen der Lenkwelle angebracht. An dem ersten Wellenteil ist ein Magnet - etwa ein Ringmagnet - angeordnet, während auf dem anderen Wellenteil ein Halter mit einem magnetischen Stator angebracht ist, welcher dem Dauermagneten in radialer Richtung über einen kleinen Luftspalt gegenüberliegt. Über den Stator - welcher üblicherweise aus zwei separaten Statorteilen besteht - wird der magnetische Fluss des Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter hingeleitet, welche dann den magnetischen Fluss an einen Magnetsensor - beispielsweise einen Hall-Sensor - abgeben. Der Magnetsensor befindet sich dabei zwischen den beiden Flussleitern, wie dies beispielsweise in den Fig. 7 und 8 des Dokuments US 2004/0194560 A1 gut erkennbar ist. Eine solche Drehmomentsensoreinrichtung ist außerdem aus dem Dokument
DE 10 2007 043 502 A1 bekannt.
Außerdem sind aus dem Stand der Technik auch Lenkwinkelsensoreinrichtungen bekannt, welche zur Erfassung des aktuellen Lenkwinkels der Lenkwelle dienen. Eine solche Einrichtung ist zum Beispiel aus dem Dokument DE 10 2008 01 1 448 A1 als bekannt zu entnehmen. Eine Drehbewegung der Lenkwelle wird hier über ein Getriebe auf ein kleineres Zahnrad übertragen, welches einen Magneten trägt. Die Rotation des kleineren Zahnrades wird dann mithilfe eines Magnetsensors erfasst.
Zum Stand der Technik gehören auch solche Vorrichtungen, bei denen die
Drehmomentsensoreinrichtung einerseits sowie die Lenkwinkelsensoreinrichtung andererseits integral als eine gemeinsame Einheit ausgebildet sind.
Bei den Drehmomentsensoreinrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik
(beispielsweise dem Dokument US 2004/0194560 A1 ) bekannt sind, besteht eine große Herausforderung darin, Maßnahmen zu treffen, die eine einfachere Montage dieser Einrichtung gewährleisten. Im Stand der Technik wird beispielsweise der magnetische Stator aus zwei separaten Statorteilen gebildet, welche axial montiert bzw.
zusammengefügt werden, sodass hier eine axiale Montagerichtung gegeben ist.
Andererseits müssen die Flussleiter radial montiert werden, und auch der Magnetsensor erfordert eine radiale Montagerichtung. Man hat also insgesamt mehrere
Montagerichtungen, was einerseits das Zusammenbauen der gesamten Einrichtung relativ aufwändig und kompliziert macht und andererseits auch dazu beiträgt, dass die Drehmomentsensoreinrichtung im zusammengebauten Zustand relativ viel Bauraum beansprucht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Montage bzw. das Zusammenfügen einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, durch ein Kraftfahrzeug und durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Drehmomentsensoreinrichtung zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle des
Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments. Die Drehmomentsensoreinrichtung umfasst einen Magneten, der mit einem ersten Wellenteil der Lenkwelle verbunden werden kann, wie auch einen Halter, der mit einem zweiten Wellenteil der Lenkwelle verbunden werden kann. Die beiden Wellenteile können beispielsweise über einen Torsionsstab miteinander gekoppelt sein. Die Drehmomentsensoreinrichtung hat au ßerdem einen am Halter angeordneten magnetischen Stator, der zum Leiten von magnetischem Fluss von dem Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter und über die Flussleiter zu einem Magnetsensor ausgebildet ist. Ein Gleitstück für den Halter dient zum Tragen der Flussleiter, wobei der Halter relativ zum Gleitstück drehbar angeordnet ist. Zwischen dem ersten Flussleiter und dem zweiten Flussleiter ist ein axialer Einschubschacht
ausgebildet, in welchen sich der Magnetsensor axial hineinerstreckt.
Anders als im Stand der Technik gemäß US 2004/0194560 A1 , bei welchem gemäß dortiger Fig. 8 der Magnetsensor in einen radialen Einschubschacht zwischen die beiden Flussleiter radial eingeschoben wird, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen den Flussleitern ein Einschubschacht in axialer Richtung bereitgestellt, in den sich der Magnetsensor in axialer Richtung hineinerstreckt. Somit wird der Magnetsensor nicht in radialer Richtung, sondern in axialer Richtung montiert, wodurch insbesondere eine Montagerichtung - nämlich die radiale Richtung bei der Montage - entfällt. Dies vereinfacht insgesamt die Montage der Vorrichtung erheblich, und außerdem ermöglicht eine solche Vorgehensweise auch die Bereitstellung einer kompakteren Vorrichtung.
Vorzugsweise weisen die Flussleiter jeweils einen in axialer Überlappung mit dem Stator angeordneten radialen Empfangsbereich zum Empfangen des magnetischen Flusses von dem Stator sowie einen unter einem rechten Winkel von dem Empfangsbereich abstehenden axialen und sich somit in axialer Richtung erstreckenden
Übertragungsbereich zum Übertragen des magnetischen Flusses an den Magnetsensor auf. Dabei ist der Einschubschacht zwischen den jeweiligen axialen
Übertragungsbereichen der Flussleiter ausgebildet. Somit kann einerseits ein
zuverlässiger Abgriff des magnetischen Flusses von dem Stator ermöglicht werden, weil der jeweilige radiale Empfangsbereich in einem geringen axialen Abstand von dem Stator angeordnet werden kann. Somit entstehen auch keine großen Verluste des magnetischen Flusses. Andererseits ermöglicht diese Ausführungsform eine wirkungsvolle Übertragung des Flusses an den Magnetsensor, der sich in axialer Richtung erstreckt und axial in den Einschubschacht zwischen den beiden Flussleitern bzw. zwischen den beiden
Übertragungsbereichen eintritt.
Hinsichtlich der Ausgestaltung des Einschubschachts bzw. der beiden Flussleiter können nun zwei alternative Ausführungsformen vorgesehen sein:
Zum einen können sich die beiderseitigen Übertragungsbereiche in radialer Richtung gegenseitig überlappen. Dies bedeutet, dass eine Projektion des einen Flussleiters in radialer Richtung auf den anderen Flussleiter existiert. Diese Ausführungsform erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn der Magnetsensor in radialer Richtung flach ausgebildet ist. Der Magnetsensor kann hier sandwichartig zwischen den jeweiligen Übertragungsbereichen der Flussleiter angeordnet sein.
Zum anderen kann auch vorgesehen sein, dass sich die jeweiligen Übertragungsbereiche in Umfangsrichtung gegenseitig überlappen. Dies bedeutet wiederum, dass eine
Projektion des einen Flussleiters in Umfangsrichtung auf den anderen Flussleiter existiert. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Magnetsensor in Umfangsrichtung flach ausgeführt ist, sodass dieser Magnetsensor in einer Sandwich- Bauweise in Umfangsrichtung zwischen den jeweiligen Übertragungsbereichen angeordnet ist.
Vorzugsweise ist in zumindest einem der Flussleiter eine axiale Aussparung ausgebildet, durch welche sich der Magnetsensor axial hindurch erstreckt, um mit dem
Übertragungsbereich in gegenseitige Überlappung zu gelangen. Die Aussparung ist bevorzugt eine Durchgangsöffnung, welche in einem Übergangsbereich bzw. Eckbereich zwischen dem Übertragungsbereich und dem Empfangsbereich des Flussleiters ausgebildet ist. Die genannte Aussparung bildet quasi einen Eingang des axialen
Einschubschachts, sodass durch Vorsehen einer solchen Aussparung der Magnetsensor selbst dann in den Einschubschacht axial eingeschoben werden kann, wenn sich die beiden plattenartigen Übertragungsbereiche in radialer Richtung gegenseitig überlappen.
Vorzugsweise sind die Übertragungsbereiche plattenförmig und eben ausgebildet.
Ergänzend oder alternativ können auch die Empfangsbereiche der Flussleiter
plattenförmig und eben ausgebildet sein. Insbesondere sind die Übertragungsbereiche in Form von Laschen ausgebildet, welche von den jeweiligen Empfangsbereichen unter einem rechten Winkel abstehen. Die jeweiligen Übertragungsbereiche der Flussleiter sind vorzugsweise parallel zueinander in gegenseitiger Überlappung angeordnet.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Flussleiter identische Bauteile sind bzw. Elemente gleicher Bauweise sind. Somit ist der Konstruktions- sowie Fertigungsaufwand bei der Herstellung der Flussleiter minimal.
Die Flussleiter können in einem aufwandsarmen Stanz-Biegeprozess hergestellt werden, bei welchem relativ wenig Materialverschnitt anfällt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gleitstück einen Befestigungsbereich aufweist, an welchem die Flussleiter, insbesondere über den jeweiligen radialen
Empfangsbereich, befestigt sind. Somit bildet das Gleitstück gleichzeitig auch ein
Gehäuse für die Flussleiter bzw. ist als ein solches Gehäuse ausgebildet, sodass sich der Einsatz eines zusätzlichen Flussleitergehäuses erübrigt. Weil die Flussleiter direkt an dem Gleitstück für den Halter befestigt sind, verringert sich zusätzlich noch die Anzahl der benötigten Bauteile und somit auch der Montageaufwand. Das Gleitstück übernimmt nämlich neben der Funktion eines Gehäuses für den Halter zusätzlich noch die Funktion eines Gehäuses für die beiden Flussleiter.
Der Befestigungsbereich des Gleitstücks kann eine axiale Aussparung, insbesondere eine axiale Durchgangsöffnung, aufweisen, in welche sich die Flussleiter axial hinein erstrecken. Dabei erstrecken sich insbesondere die jeweiligen Übertragungsbereiche der Flussleiter in diese axiale Aussparung hinein, während die jeweiligen Empfangsbereiche mit dem Gleitstück verbunden sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Flussleiter - ähnlich wie der Magnetsensor - in axialer Richtung montiert werden können, sodass keine radiale Montagerichtung erforderlich ist, wie sie im Stand der Technik vorgeschlagen wird. Es entfällt also grundsätzlich die radiale Montagerichtung.
Die Verbindung der Flussleiter mit dem Gleitstück kann so aussehen, dass in den
Flussleitern - insbesondere in den jeweiligen Empfangsbereichen - Bohrungen ausgebildet sind, welche auf entsprechende Zapfen des Gleitstücks gesteckt werden. Anschließend können die freien Enden dieser Zapfen - beispielsweise per Ultraschall oder aber durch Wärme - verformt und hierbei zu einem Nietkopf umgeformt werden, der eine einfache und sichere Befestigung der Flussleiter gewährleistet. Die genannten Zapfen bzw. Stifte verlaufen dabei insbesondere in axialer Richtung, sodass eine axiale Montagerichtung der Flussleiter gewährleistet ist. Die Vorrichtung kann eine multifunktionale Vorrichtung sein: Sie kann zusätzlich noch eine Lenkwinkelsensoreinrichtung zur Erfassung eines Lenkwinkels der Lenkwelle aufweisen. Somit ist die Drehmomentsensoreinrichtung mit der
Lenkwinkelsensoreinrichtung integral als eine Einheit ausgebildet.
Die Lenkwinkelsensoreinrichtung kann ein Getriebegehäuse für ein Getriebe umfassen, mittels welchem eine Drehbewegung der Lenkwelle in eine Drehbewegung eines Sensorelements - beispielsweise eines Magneten - der Lenkwinkelsensoreinrichtung übertragbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gleitstück und das
Getriebegehäuse einstückig integral ausgebildet sind. Somit übernimmt das Gleitstück eine weitere zusätzliche Funktion, nämlich die Funktion eines Gehäuses für das Getriebe der Lenkwinkelsensoreinrichtung. Es brauchen somit keine zusätzlichen Gehäuse bereitgestellt zu werden, sodass der Montageaufwand weiterhin reduziert ist.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Getriebegehäuse in Umfangsrichtung versetzt zum Befestigungsbereich des Gleitstücks bzw. versetzt zu den beiden Flussleitern angeordnet ist. Dies bedeutet, dass das Getriebegehäuse in einem Winkelabstand zu dem Befestigungsbereich für die Flussleiter angeordnet ist. Somit kann eine in axialer Richtung kompaktere Vorrichtung geschaffen werden, weil sich die beiden Flussleiter einerseits sowie das Getriebegehäuse andererseits nicht gegenseitig in axialer Richtung überlappen. Das Sensorgehäuse kann dabei zumindest annähernd auf der gleichen axialen Höhe wie die beiden Flussleiter liegen.
Vorzugsweise ist eine gemeinsame Leiterplatte vorgesehen, an welcher sowohl der Magnetsensor der Drehmomentsensoreinrichtung als auch ein Sensor der
Lenkwinkelsensoreinrichtung angeordnet sind. Es erübrigt sich daher der Einsatz einer separaten Platine mit den damit verbundenen Nachteilen insbesondere hinsichtlich der Kosten und des wertvollen Bauraums.
Insbesondere steht der Magnetsensor der Drehmomentsensoreinrichtung in axialer Richtung von der Leiterplatte ab. Der Magnetsensor kann dabei unter einem rechten Winkel von der Leiterplatte abstehen und sich dann in den Einschubschacht axial hinein erstrecken.
Dabei ist die Leiterplatte selbst vorzugsweise senkrecht zu einer Längsachse der Lenkwelle und radial orientiert. Dies bedeutet, dass, während sich der Magnetsensor in axialer Richtung erstreckt, sich die Leiterplatte vorzugsweise in radialer Richtung und somit senkrecht zur Lenkwelle erstreckt. Somit ist die Ausdehnung der Vorrichtung in axialer Richtung minimal.
Vorzugsweise weist das oben genannte Getriebegehäuse eine axiale Vertiefung für das Getriebe der Lenkwinkelsensoreinrichtung auf, was weiterhin die Baugröße der
Vorrichtung in axialer Richtung reduziert.
Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die gemeinsame Leiterplatte in der axialen Vertiefung des Getriebegehäuses aufgenommen ist. Das Getriebegehäuse stellt somit einerseits ein Gehäuse für das Getriebe und andererseits auch ein Gehäuse für die Leiterplatte dar.
Das Getriebegehäuse kann zusätzlich auch eine axiale Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche ein Stecker der Leiterplatte hindurch gesteckt wird, damit dieser Stecker auf der anderen axialen Seite des Getriebegehäuses bzw. des Gleitstücks kontaktiert werden kann.
Die Erfindung betrifft au ßerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Zusammenbauen bzw. Montieren einer Drehmomentsensoreinrichtung aus den im unabhängigen Verfahrensanspruch genannten Komponenten, wobei zwischen dem ersten Flussleiter und dem zweiten Flussleiter ein axialer Einschubschacht ausgebildet wird, in welchen der Magnetsensor axial hinein eingeschoben wird.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 in schematischer und perspektivischer Darstellung die Vorrichtung im zusammengebauten Zustand;
Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Flussleiter der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 4 eine Leiterplatte mit zwei Magnetsensoren, welche sich in jeweilige
Einschubschächte zwischen zwei Flussleitern gemäß Fig. 3 hinein erstrecken;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 4;
Fig. 6 in schematischer Darstellung einen Flussleiter gemäß einer zweiten
Ausführungsform;
Fig. 7 in schematischer Darstellung die Leiterplatte mit den Magnetsensoren, wobei die Einschubschächte zwischen zwei Flussleitern gemäß Fig. 6 gebildet sind;
Fig. 8 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß
Fig. 7; und
Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung eines Gleitstücks gemäß Fig. 1 .
Eine in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst sowohl eine Drehmomentsensoreinrichtung als auch eine Lenkwinkelsensoreinrichtung. Die Drehmomentsensoreinrichtung dient zum Messen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments. Die
Lenkwinkelsensoreinrichtung dient zur Erfassung des aktuellen Lenkwinkels der
Lenkwelle. Die Vorrichtung 1 ist als eine integrale Einheit ausgebildet, sodass eine integrale Sensorvorrichtung geschaffen wird, welche sowohl zur Erfassung des
Drehmoments als auch zum Messen des Lenkwinkels ausgebildet ist.
Die Lenkwelle beinhaltet zwei Wellenteile, welche über einen in den Figuren nicht dargestellten Torsionsstab miteinander verbunden sind. An einem der Wellenteile wird ein Halter 2 drehfest angebracht, während an dem anderen Wellenteil ein in den Figuren nicht dargestellter Magnet - nämlich Permanentmagnet beispielsweise in Form eines Ringmagneten - drehfest gehalten ist. Der Halter kann ein einstückig ausgebildetes Kunststoffteil und/oder ein Gussbauteil sein. Optional kann der Halter 2 auch mit einer Metallhülse oder aber anderen Befestigungselementen wie Laschen, Haken, Clipsen und dergleichen versehen sein, um den Halter 2 an dem zugeordneten Wellenteil zu befestigen.
Der Halter 2 hat zwei axial nebeneinander angeordnete zylindrische Bereiche, nämlich einerseits einen ersten axialen zylindrischen Bereich 3 sowie einen in axialer Richtung versetzt angeordneten sowie konzentrisch zum ersten Bereich 3 liegenden und einen etwas geringeren Durchmesser aufweisenden zweiten axialen Bereich 4. Der erste axiale Bereich 3 ist über eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Streben bzw. Speichen 5 mit dem zweiten axialen Bereich 4 verbunden. Zwischen den Streben 5 sind axiale Aussparungen 6 ausgebildet. Diese Aussparungen 6 stellen
Durchgangsöffnungen dar.
Der erste axiale Bereich 3 des Halters 2 hat zwei axiale Randbereiche, nämlich einerseits einen ersten äußeren Randbereich 7 sowie andererseits einen zweiten axialen
Randbereich 8. In dem zweiten axialen Randbereich 8 ist ein umlaufender Flansch 9 ausgebildet, der von dem ersten axialen Bereich 3 des Halters 2 in radialer Richtung ein wenig nach außen absteht und somit einen umlaufenden Kragen bzw. Vorsprung bildet.
In dem ersten radialen Randbereich 7 sind eine Vielzahl von axialen Einbuchtungen bzw. Aussparungen 10 ausgebildet, welche als axiale Vertiefungen in dem äu ßeren Rand des axialen Bereichs 3 des Halters 2 ausgeformt sind. Zur Drehmomentsensoreinrichtung gehört außerdem ein Gleitstück 1 1 , wie auch ein Stator 12, welcher im Ausführungsbeispiel aus einem ersten Statorteil 13 und einem zweiten Statorteil 14 besteht. Der Stator 12 ist aus einem weichmagnetischen Material gebildet und dient zum Leiten des magnetischen Flusses von dem genannten Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter 15, 16 und hierdurch hin zu einem ersten und einem zweiten Magnetsensor 17, 18, welche insbesondere als Hall-Sensoren ausgebildet sind.
Das Gleitstück 1 1 ist zusätzlich noch in einer vergrößerten Darstellung in Fig. 9 gezeigt. Es hat eine innere Hülse 19, welche ringförmig umlaufend ausgebildet ist und in welche der erste axiale Bereich 3 des Halters 2 aufgenommen wird, sodass der äu ßere Umfang des ersten Bereichs 3 des Halters 2 an einem inneren Umfang der Hülse 19 gleiten kann. Dabei wird der erste axiale Bereich 3 des Halters 2 in die Hülse 19 bis hin zu dem radialen Flansch 9 des Halters 2 eingesteckt.
Jedes Statorteil 13, 14 ist jeweils einstückig ausgebildet und weist ein ringförmiges, flanschartiges und sich in radialer Richtung nach au ßen erstreckendes Basiselement 20 bzw. 21 auf, wie auch eine Vielzahl von Zahnelementen 22 bzw. 23. Die Zahnelemente 22, 23 stehen von dem jeweiligen Basiselement 20, 21 in axialer Richtung ab, und zwar in Richtung zum Halter 2 hin. Die Zahnelemente 22, 23 erstrecken sich somit in axialer Richtung etwa parallel zu einer Drehachse der Lenkwelle. Die beiden Statorteile 13, 14 sind dabei gleich ausgebildet, sodass auch die Anzahl der Zahnelemente 22 des
Statorteils 13 gleich der Anzahl der Zahnelemente 23 des Statorteils 14 ist.
Zur Befestigung des Stators 12 an dem Halter 2 wird einerseits das Statorteil 14 mit seinen Zahnelementen 23 auf den zweiten axialen Bereich 4 des Halters 2 aufgesteckt, sodass die Zahnelemente 23 durch die Aussparungen 6 zwischen den Streben 5 axial hindurch gesteckt und an einem Innenumfang des ersten axialen Bereichs 3 des
Halters 2 abgestützt werden. Nach dem Aufstecken des Statorteils 14 auf den zweiten Bereich 4 des Halters 2 sind die Zahnelemente 23 im Inneren des ersten Bereichs 3 des Halters 2 angeordnet, sodass lediglich das Basiselement 21 radial nach außen hin absteht.
Das andere Statorteil 13 wird an dem Halter 2 derart befestigt, dass die Zahnelemente 22 in das Innere des ersten Bereichs 3 des Halters 2 von der dem Statorteil 14
gegenüberliegenden axialen Stirnseite des Halters 2 eingesteckt werden. Dabei gleiten die Zahnelemente 22 an dem Innenumfang des zylindrischen Bereichs 3. Im zusammengebauten Zustand befinden sich also die Zahnelemente 22 jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnelementen 23 des anderen Statorteils 14. Die beiden
Statorteile 13, 14 können auf verschiedenste Arten an dem Halter 2 fixiert werden.
Wie bereits ausgeführt, sind die beiden Statorteile 13, 14 derart relativ zueinander angeordnet, dass die Zahnelemente 22 des Statorteils 13 jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnelementen 23 des zweiten Statorteils 14 angeordnet sind. Dies bedeutet, dass in Umfangsrichtung abwechselnd ein Zahnelement 22 und dann ein Zahnelement 23 angeordnet sind.
Beim Einstecken der Zahnelemente 22 in das Innere des ersten axialen Bereichs 3 des Halters 2 gelangen die axialen, mit dem Basiselement 20 verbundenen Enden der Zahnelemente 22 in die Einbuchtungen 10 in dem axialen Randbereich 7 des Halters 2. Das Statorteil 13 wird also bis zum Anschlag (gebildet durch das Basiselement 20) in das Innere des Halters 2 eingeschoben.
Die Montage des Stators 12 an dem Halter 2 erfolgt also insgesamt ausschließlich in axialer Richtung.
Zur Befestigung der Statorteile 13, 14 an dem Halter 2 können beispielsweise
Befestigungsringe 24, 25 vorgesehen sein, welche auf beiden axialen Seiten auf den Halter 2 aufgesteckt werden können und somit eine axiale Bewegung der
Statorteile 13, 14 verhindern können. Diese Befestigungsringe 24, 25 können
beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein. Sie können dann mit dem Halter 2 - beispielsweise durch Schweißen oder aber per Ultraschall oder dergleichen - stoffschlüssig verbunden werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Fixierung der Statorteile 13, 14 an dem Halter 2 beschränkt, und verschiedenste Befestigungsarten können vorgesehen sein.
Wie bereits ausgeführt, weist die Drehmomentsensoreinrichtung die beiden
Magnetsensoren 17, 18 auf, welche auf einer Leiterplatte 26 angebracht sind. Die Magnetsensoren 17, 18 sind als elektronische Bauteile ausgebildet, welche von der Leiterplatte 26 in axialer Richtung unter einem rechten Winkel abstehen und insgesamt flach ausgeführt sind. Die Leiterplatte 26 ist dabei eben und plattenförmig ausgebildet und in ihrer Ebene bogenförmig ausgeführt. Diese Leiterplatte 26 ist eine gemeinsame Platine sowohl für die Drehmomentsensoreinrichtung als auch für die oben genannte Lenkwinkelsensoreinrichtung. An der Leiterplatte 26 sind nämlich auch Sensorelemente der Lenkwinkelsensoreinrichtung angeordnet, wie weiter unten näher beschrieben wird.
In gleicher oder annähernd gleicher axialer Höhe mit der ringförmigen Hülse 19 weist das einstückig ausgebildete Gleitstück 1 1 einen Befestigungsbereich 27 auf, welcher zur Befestigung der beiden Flussleiter 15, 16 ausgebildet ist. In dem Befestigungsbereich 27 ist eine durchgängige axiale Aussparung 28 ausgebildet, welche radial benachbart zur Hülse 19 angeordnet ist und in welche von beiden axialen Seiten die jeweiligen Flussleiter 15, 16 axial hinein gesteckt werden. Dabei werden die Flussleiter 15, 16 folgendermaßen befestigt: Der Befestigungsbereich 27 weist an seinen gegenüberliegenden axialen Seiten jeweilige Stifte bzw. Zapfen 29 auf, während die Flussleiter 15, 16
korrespondierende Bohrungen 30 bzw. 31 aufweisen. Die Flussleiter 15, 16 können über diese Bohrungen 30 bzw. 31 auf die korrespondierenden Stifte 29 gesteckt werden, und durch Verformung bzw. durch Umformen der Stifte 29 können Nietköpfe gebildet werden, welche eine wirkungsvolle und zuverlässige bzw. betriebssichere Fixierung der Flussleiter 15, 16 an dem Gleitstück 1 1 gewährleisten.
Die beiden Flussleiter 15, 16 weisen dabei jeweils einen Empfangsbereich 32 bzw. 33 auf, welcher auf die Stifte 29 gesteckt wird. Diese Empfangsbereiche 32, 33 sind plattenförmig ausgeführt und dienen zum Empfangen des magnetischen Flusses von dem Stator 12 bzw. von dem jeweiligen Statorteil 13 bzw. 14. Zu diesem Zwecke sind im zusammengebauten Zustand die Empfangsbereiche 32, 33 parallel zu dem jeweiligen Basiselement 20, 21 der Statorteile 13, 14 angeordnet, sodass sich die
Empfangsbereiche 32, 33 mit den flanschartigen Basiselementen 20, 21 in axialer Richtung gegenseitig überlappen.
Von dem Empfangsbereich 32, 31 stehen jeweilige Übertragungsbereiche 34 bzw. 35 senkrecht ab, welche in axialer Richtung weisen. Diese Übertragungsbereiche 34, 35 der Flussleiter 15, 16 erstrecken sich im zusammengebauten Zustand in die axiale
Aussparung 28 im Befestigungsbereich 27 des Gleitstücks 1 1 axial hinein, wobei die Anordnung der Flussleiter 15, 16 relativ zueinander weiter unten näher beschrieben wird.
Die beiden Flussleiter 15, 16 können aus dem gleichen Material wie der Stator 12 gebildet sein, also aus einem weichmagnetischen Material.
Das Gleitstück 1 1 ist des Weiteren einstückig mit einem Getriebegehäuse 36 der
Lenkwinkelsensoreinrichtung ausgebildet, welches zur Aufnahme eines Getriebes 37 der Lenkwinkelsensoreinrichtung dient und sich unmittelbar an die Hülse 19 radial anschließt. Dieses Getriebegehäuse 36 hat eine axiale Vertiefung 38, in welche das Getriebe 37 aufgenommen wird. Das Getriebe 37 wird dann durch die Leiterplatte 26 verdeckt, sodass das Getriebegehäuse 36 auch zur Aufnahme der Leiterplatte 26 ausgebildet ist.
Ein Hauptzahnrad 39 wird mit der Lenkwelle verbunden, sodass es sich zusammen mit der Lenkwelle dreht. Die rotatorische Bewegung der Lenkwelle und somit des
Hauptzahnrades 39 wird dann auf kleinere Satelliten 40, 41 des Getriebes 37 übertragen. Der Satellit 40 trägt dabei einen Permanentmagneten, während der Satellit 41 eine zentrale Durchgangsöffnung 42 aufweist, in welche ein Ritzel 43 mit einer Zahnstruktur eingesteckt wird. Der Aufbau des Getriebes 37 entspricht dabei dem Aufbau des aus dem Dokument DE 10 2008 01 1 448 A1 bekannten Getriebes. Dabei trägt auch das Ritzel 43 einen Permanentmagneten.
Das Getriebegehäuse 36 wird mithilfe eines Deckels 44 axial verschlossen, welcher eine Durchgangsöffnung 45 für den zweiten axialen Bereich 4 des Halters 2 aufweist. Auf der anderen axialen Seite wird die durchgängige axiale Aussparung 28 des
Befestigungsbereichs 27 des Gleitstücks 1 1 mithilfe eines kleineren Deckels 46 verschlossen.
In Fig. 2 ist die Vorrichtung 1 im zusammengebauten Zustand dargestellt. Zu erkennen ist hier auch eine Befestigungseinheit 47 in Form einer gabelförmigen Aufnahme, über welche das Gleitstück 1 1 an Fahrzeugteilen befestigt werden kann bzw. gegenüber der Lenkwelle fixiert werden kann. Der Halter 2 kann dabei relativ zum Gleitstück 1 1 gedreht werden, nämlich zusammen mit der Lenkwelle. In Fig. 2 sind außerdem die jeweiligen Zahnelemente 23, 24 der beiderseitigen Statorteile 13, 14 zu erkennen. Diese
Zahnelemente 23, 24 sind in Vertiefungen aufgenommen, welche an dem inneren Umfang des ersten axialen Bereichs 3 des Halters 2 ausgebildet sind.
In Fig. 3 ist ein Flussleiter 15, 16 gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Es werden bei der Vorrichtung 1 zwei gleiche Flussleiter 15, 16 eingesetzt, sodass die Anzahl der benötigten Komponenten auf ein Minimum reduziert wird. Wie bereits ausgeführt, hat jeder Flussleiter 15, 16 jeweils einen Empfangsbereich 32 bzw. 33, über welchen der Flussleiter 15 bzw. 16 an dem Befestigungsbereich 27 über die Bohrungen 30 bzw. 31 befestigt wird. Der Empfangsbereich 32 bzw. 33 ist plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich im zusammengebauten Zustand in radialer Richtung und senkrecht zur Drehachse der Lenkwelle. Der Empfangsbereich 32 bzw. 33 sowie die Basiselemente 20 bzw. 21 der Statorteile 13, 14 überlappen sich dabei gegenseitig in axialer Richtung. Von dem Empfangsbereich 32 bzw. 33 stehen unter einem rechten Winkel insgesamt jeweils zwei Übertragungsbereiche 34a bzw. 35a sowie 34b bzw. 35b axial ab, welche zum Abgeben des magnetischen Flusses an die jeweiligen Magnetsensoren 17, 18 dienen. Die beiden Übertragungsbereiche 34a bzw. 35a sowie 34b bzw. 35b sind als plattenartige Laschen ausgeführt, welche parallel zueinander in unterschiedlichen radialen Höhen bzw. radial versetzt zueinander angeordnet sind. Die beiden Übertragungsbereiche 34a bzw. 35a und 34b bzw. 35b erstrecken sich dann in die axiale Aussparung 28 des
Befestigungsbereichs 27 hinein. Im Eckbereich bzw. Übergangsbereich zwischen dem zweiten Übertragungsbereich 34b bzw. 35b und dem Empfangsbereich 32 bzw. 33 ist eine axiale Aussparung 48 ausgebildet, welche eine durchgängige Öffnung darstellt, durch welche sich einer der Magnetsensoren 17, 18 axial hindurch erstrecken kann, um in Überlappung mit dem Übertragungsbereich 34b bzw. 35b zu gelangen.
Eine Anordnung aus zwei solchen Flussleitern 15, 16 im zusammengebauten Zustand ist in Fig. 4 zusammen mit den Magnetsensoren 17, 18 sowie der Leiterplatte 26 dargestellt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, liegen die jeweiligen Empfangsbereiche 32, 33 parallel zueinander und überlappen sich gegenseitig in axialer Richtung. Die
Übertragungsbereiche 34a und 35b liegen ebenfalls parallel zueinander und überlappen sich in radialer Richtung, wobei zwischen diesen Übertragungsbereichen 34a, 35b ein axialer Einschubschacht 49 ausgebildet ist, in welchen sich der erste Magnetsensor 17 axial über die Aussparung 48 hinein erstreckt, sodass der Magnetsensor 17
sandwichartig zwischen dem Übertragungsbereich 34a einerseits und dem
Übertragungsbereich 35b des anderen Flussleiters 16 andererseits angeordnet ist.
Entsprechend liegen auch die Übertragungsbereiche 34b, 35a radial übereinander und überlappen sich gegenseitig in radialer Richtung. Diese Übertragungsbereiche 34b, 35a sind parallel zueinander angeordnet, wobei zwischen diesen Übertragungsbereichen 35a, 34b ein zweiter axialer Einschubschacht 50 ausgebildet ist, in welchen sich der zweite Magnetsensor 18 parallel zum ersten Magnetsensor 17 axial hinein erstreckt. Der zweite Magnetsensor 18 liegt somit sandwichartig zwischen dem Übertragungsbereich 34b des ersten Flussleiters 15 einerseits und dem Übertragungsbereich 35a des zweiten
Flussleiters 16 andererseits.
An der gemeinsamen Leiterplatte 26 sind außerdem zwei Sensoren 51 , 52 angeordnet, welche zur Erfassung der magnetischen Felder des Satelliten 40 einerseits sowie des Ritzels 43 andererseits dienen. Des Weiteren ist an der gemeinsamen Leiterplatte 26 ein Stecker 53 angeordnet, über welchen die elektronischen Bauteile der Leiterplatte 26 kontaktiert werden können. Der Stecker 53 wird über eine axiale Durchgangsöffnung 54 (Fig. 1 ) hindurch gesteckt, welche in dem Getriebegehäuse 36 ausgebildet ist.
In Fig. 5 ist die Anordnung gemäß Fig. 4 aus einem anderen Blickwinkel dargestellt. In Fig. 5 ist dabei eine Draufsicht auf die beiden Flussleiter 15, 16 gezeigt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, werden die Magnetsensoren 17, 18 in axialer Richtung in die jeweiligen Einschubschächte 49, 50 hinein gesteckt, nämlich gemäß den Pfeildarstellungen 55, 56.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Flussleiter 15, 16 näher dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 überlappen sich die
Übertragungsbereiche 34a bzw. 35a und 34b bzw. 35b jedes Flussleiters 15 bzw. 16 gegenseitig in Umfangsrichtung. Die plattenartigen Übertragungsbereiche 34a bzw. 35a und 34b bzw. 35b erstrecken sich also parallel zueinander und überlappen sich gegenseitig. Werden nun die beiden Flussleiter 15, 16 gemäß Fig. 6 montiert, so entsteht eine Anordnung, wie sie in Fig. 7 näher dargestellt ist. Der erste Einschubschacht 49 ist dabei zwischen dem Übertragungsbereich 35b des zweiten Flussleiters 16 einerseits und dem Übertragungsbereich 34a des ersten Flussleiters 15 ausgebildet. Die beiden Übertragungsbereiche 35b und 34a überlappen sich dabei gegenseitig in
Umfangsrichtung und überlappen auch den Magnetsensor 17 ebenfalls in
Umfangsrichtung. Entsprechend ist der zweite Einschubschacht 50 zwischen dem Übertragungsbereich 35a des Flussleiters 16 einerseits und dem
Übertragungsbereich 34b des Flussleiters 15 andererseits ausgebildet. Die beiden Übertragungsbereiche 35a und 34b überlappen sich ebenfalls gegenseitig in
Umfangsrichtung und überlappen auch den zweiten Magnetsensor 18 in
Umfangsrichtung. Alle Übertragungsbereiche 34a, 34b, 35a, 35b sind dabei parallel zueinander und parallel zu den Magnetsensoren 17, 18 angeordnet.
In Fig. 7 sind die weiteren Sensoren 51 , 52 (s. Fig. 4) sowie der Stecker 53 der Übersicht halber nicht dargestellt.
Eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 7 ist in Fig. 8 näher gezeigt. Gemäß den Pfeildarstellungen 55, 56 werden die beiden Magnetsensoren 17, 18 in die jeweiligen Einschubschächte 49, 50 axial hinein geschoben.
Das Zusammenbauen der Vorrichtung 1 , wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt entlang einer einzigen Montagerichtung, nämlich entlang der axialen Richtung. Es entfällt die radiale Montagerichtung, sodass die Vorrichtung 1 besonders einfach und schnell montiert werden kann. Es ergibt sich außerdem eine Bauraumeinsparung, weil die Vorrichtung 1 insbesondere in axialer Richtung besonders kompakt aufgebaut ist, wie dies insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Drehmomentsensoreinrichtung zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle des Kraftfahrzeugs aufgebrachten
Drehmoments, wobei die Drehmomentsensoreinrichtung umfasst:
einen Magneten, der mit einem ersten Wellenteil der Lenkwelle verbindbar ist, einen Halter (2), der mit einem zweiten Wellenteil der Lenkwelle verbindbar ist,
- einen am Halter (2) angeordneten magnetischen Stator (12), welcher zum
Leiten von magnetischem Fluss von dem Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter (15, 16) und hierdurch zu einem Magnetsensor (17, 18) der Drehmomentsensoreinrichtung ausgebildet ist, und
- ein Gleitstück (1 1 ) für den Halter (2), wobei der Halter (2) relativ zum Gleitstück (1 1 ) drehbar ist und das Gleitstück (1 1 ) zum Tragen der Flussleiter (15, 16) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem ersten Flussleiter (15) und dem zweiten Flussleiter (16) ein axialer Einschubschacht (49, 50) ausgebildet ist, in welchen sich der Magnetsensor (17, 18) axial hinein erstreckt.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flussleiter (15, 16) jeweils einen in axialer Überlappung mit dem Stator (12) angeordneten radialen Empfangsbereich (32, 33) zum Empfangen des
magnetischen Flusses von dem Stator (12) sowie einen unter einem rechten Winkel von dem Empfangsbereich (32, 33) abstehenden axialen Übertragungsbereich (34, 35) zum Übertragen des magnetischen Flusses an den Magnetsensor (17, 18) aufweisen, und dass der Einschubschacht (49, 50) zwischen den jeweiligen axialen Übertragungsbereichen (34, 35) der Flussleiter (15, 16) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die jeweiligen Übertragungsbereiche (34, 35) in radialer Richtung gegenseitig überlappen.
4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die jeweiligen Übertragungsbereiche (34, 35) in Umfangsrichtung gegenseitig überlappen.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in zumindest einem der Flussleiter (15, 16) eine axiale Aussparung (48) ausgebildet ist, durch welche sich der Magnetsensor (17, 18) axial hindurch erstreckt.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Flussleiter (15, 16) Elemente gleicher Bauweise sind.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gleitstück (1 1 ) einen Befestigungsbereich (27) aufweist, an welchem die Flussleiter (15, 16), insbesondere über den jeweiligen radialen Empfangsbereich (32, 33), befestigt sind.
8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsbereich (27) eine axiale Aussparung (28), insbesondere axiale Durchgangsöffnung, aufweist, in welche sich die Flussleiter (15, 16) axial hinein erstrecken.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1 ) weiterhin eine Lenkwinkelsensoreinrichtung zur Erfassung eines Lenkwinkels der Lenkwelle aufweist, welche ein Getriebegehäuse (36) für ein Getriebe (37) umfasst, mittels welchem eine Drehbewegung der Lenkwelle in eine Drehbewegung eines Sensorelements der Lenkwinkelsensoreinrichtung übertragbar ist, wobei das Gleitstück (1 1 ) einstückig mit dem Getriebegehäuse (36) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7 oder 8 und Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Getriebegehäuse (36) in Umfangsrichtung versetzt zum Befestigungsbereich (27) des Gleitstücks (1 1 ) angeordnet ist.
1 1 . Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1 ) eine für den Magnetsensor (17, 18) und einen Sensor (51 , 52) der Lenkwinkelsensoreinrichtung gemeinsame Leiterplatte (26) aufweist.
12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterplatte (26) senkrecht zu einer Längsachse und radial orientiert angeordnet ist.
13. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zum Zusammenbauen einer Drehmomentsensoreinrichtung zur
Erfassung eines auf eine Lenkwelle des Kraftfahrzeugs aufgebrachten
Drehmoments aus:
einem Magneten, der mit einem ersten Wellenteil der Lenkwelle verbunden wird, einem Halter (2), der mit einem zweiten Wellenteil der Lenkwelle verbunden wird,
- einem magnetischen Stator (12), welcher am Halter (2) angeordnet wird und zum Leiten von magnetischem Fluss von dem Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter (15, 16) und hierdurch zu einem Magnetsensor (17, 18) der Drehmomentsensoreinrichtung ausgebildet ist, und
- einem Gleitstück (1 1 ) für den Halter (2), wobei der Halter (2) relativ zum
Gleitstück (1 1 ) gedreht wird und das Gleitstück (1 1 ) zum Tragen der Flussleiter (15, 16) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem ersten Flussleiter (15) und dem zweiten Flussleiter (16) ein axialer Einschubschacht (49, 50) ausgebildet wird, in welchen der Magnetsensor (17, 18) axial hinein eingeschoben wird.
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