DE102020104136A1

DE102020104136A1 - Electromechanical power steering with one-piece sensor shaft and magneto-elastic torque sensor

Info

Publication number: DE102020104136A1
Application number: DE102020104136.5A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Hödl; Martin Graf
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-08-19
Also published as: WO2021165170A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinheit aufweisend eine einteilige Sensorwelle (17) und eine Drehmomentsensoreinheit (13) zum Erfassen eines in die Sensorwelle (17) eingeleiteten Drehmoments, wobei die Sensorwelle (17) in einem ersten Endbereich einen Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Lenkmittel (3) aufweist, und in ihrem zweiten Endbereich in einem Getriebegehäuse (18) drehbar gelagert ist, und wobei die Drehmomentsensoreinheit (18) einen magnetoelastischen Drehmomentsensor (24) aufweist und wenigstens zwei, auf der Sensorwelle (17) in einem Bereich (22) angeordnete, magnetisch kodierte Zonen (23), deren Permeabilität sich in Abhängigkeit von einer mechanischen Belastung verändert, und dass der magnetoelastische Drehmomentsensor (24) dazu ausgelegt ist, eine zum eingeleiteten Drehmoment korrespondierende Magnetfeldänderung zu messen, die durch die wenigstens zwei magnetisch kodierten Zonen (23) hervorgerufen wird.The invention relates to a steering unit having a one-piece sensor shaft (17) and a torque sensor unit (13) for detecting a torque introduced into the sensor shaft (17), the sensor shaft (17) having a connection area in a first end area for connecting to a steering means (3). and is rotatably mounted in its second end region in a gear housing (18), and wherein the torque sensor unit (18) has a magnetoelastic torque sensor (24) and at least two magnetically arranged on the sensor shaft (17) in an area (22) Coded zones (23), the permeability of which changes depending on a mechanical load, and that the magnetoelastic torque sensor (24) is designed to measure a change in the magnetic field corresponding to the introduced torque, which is caused by the at least two magnetically coded zones (23) will.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkeinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, insbesondere für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges.The present invention relates to a steering unit with the features of the preamble of claim 1, in particular for an electromechanical power steering of a motor vehicle.

Drehmomentsensoren weisen herkömmlicherweise einen Drehwinkelsensor auf. Hierbei werden zwei gegeneinander begrenzt verdrehbare Wellenteile über eine Torsionsfeder elastisch miteinander gekoppelt. Wenn ein Wellenteil durch ein vom Fahrer des Fahrzeugs aufgewendetes Drehmoment gegen den anderen Wellenteil verdreht wird, ist der relative Drehwinkel im Wesentlichen proportional zum eingeleiteten Drehmoment. Für eine genaue Bestimmung des Drehmoments ist es wichtig, den Drehwinkel präzise messen zu können.Torque sensors conventionally have a rotation angle sensor. Here, two shaft parts that can be rotated to a limited extent in relation to one another are elastically coupled to one another via a torsion spring. If a shaft part is rotated against the other shaft part by a torque exerted by the driver of the vehicle, the relative angle of rotation is essentially proportional to the torque introduced. For an exact determination of the torque it is important to be able to measure the angle of rotation precisely.

Ein solcher Drehmomentsensor ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 043 502 A1 bekannt. An der oberen Lenkwelle ist dabei ein Ringmagnet angeordnet, während auf der unteren Lenkwelle 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 geleitet, welche dann den magnetischen Fluss an einen Magnetsensor - beispielsweise einen Hall-Sensor - abgeben.Such a torque sensor is, for example, from the laid-open specification DE 10 2007 043 502 A1 famous. A ring magnet is arranged on the upper steering shaft, while a holder with a magnetic stator is attached to the lower steering shaft, which is opposite the permanent magnet in the radial direction via a small air gap. Via the stator, which usually consists of two separate stator parts, the magnetic flux of the magnet is conducted to a first and a second flux guide, which then emit the magnetic flux to a magnetic sensor - for example a Hall sensor.

Nachteilig an dieser dreiteiligen Welle und dem Drehmomentsensor ist die große Anzahl an Einzelteilen, was entsprechend hohe Kosten verursacht.The disadvantage of this three-part shaft and the torque sensor is the large number of individual parts, which causes correspondingly high costs.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkeinheit mit einer Drehmomentsensoreinheit vorzuschlagen, die weniger Einzelteile aufweist und einfacher zu montieren ist.It is therefore an object of the present invention to propose a steering unit with a torque sensor unit which has fewer individual parts and is easier to assemble.

Diese Aufgabe wird von einer Lenkeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a steering unit with the features of claim 1. Advantageous further developments result from the subclaims.

Demnach ist eine Lenkeinheit aufweisend eine einteilige Sensorwelle und eine Drehmomentsensoreinheit zum Erfassen eines in die Sensorwelle eingeleiteten Drehmoments vorgesehen, wobei die Sensorwelle in einem ersten Endbereich einen Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Lenkmittel aufweist, und in ihrem zweiten Endbereich in einem Getriebegehäuse drehbar gelagert ist. Die Drehmomentsensoreinheit weist einen magnetoelastischen Drehmomentsensor auf und wenigstens zwei, auf der Sensorwelle in einem Bereich angeordnete, magnetisch kodierte Zonen, deren Permeabilität sich in Abhängigkeit von einer mechanischen Belastung verändert. Der magnetoelastische Drehmomentsensor ist dazu ausgelegt, eine zum eingeleiteten Drehmoment korrespondierende Magnetfeldänderung zu messen, die durch die wenigstens zwei magnetisch kodierten Zonen hervorgerufen wird.Accordingly, a steering unit is provided having a one-piece sensor shaft and a torque sensor unit for detecting a torque introduced into the sensor shaft, the sensor shaft having a connection region for connecting to a steering means in a first end region and being rotatably mounted in a gear housing in its second end region. The torque sensor unit has a magnetoelastic torque sensor and at least two magnetically coded zones which are arranged on the sensor shaft in an area and whose permeability changes as a function of a mechanical load. The magnetoelastic torque sensor is designed to measure a change in the magnetic field corresponding to the introduced torque, which change is caused by the at least two magnetically coded zones.

Die einteilige Sensorwelle ist besonders einfach und kostengünstig herzustellen. Sie kann als Hohl- oder Vollwelle ausgebildet sein.The one-piece sensor shaft is particularly simple and inexpensive to manufacture. It can be designed as a hollow or solid shaft.

Vorzugsweise sind die wenigstens zwei magnetisch kodierten Zonen auf der Oberfläche der Sensorwelle angeordnet und erstrecken sich koaxial zur Längsachse der Sensorwelle und vollumfänglich um die Sensorwelle herum, wobei die Zonen hintereinander in Längsrichtung liegen.The at least two magnetically coded zones are preferably arranged on the surface of the sensor shaft and extend coaxially to the longitudinal axis of the sensor shaft and completely around the sensor shaft, the zones lying one behind the other in the longitudinal direction.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind benachbarte Zonen in entgegengesetzter Kreisrichtung magnetisiert. Durch Vergleich der Signale der magnetisierten Zonen lässt sich ein Störeinfluss bestimmen. Externe magnetische Störeinflüsse wie das Erdmagnetfeld können so kompensiert werden.In an advantageous embodiment, adjacent zones are magnetized in the opposite circular direction. An interference can be determined by comparing the signals from the magnetized zones. External magnetic interference such as the earth's magnetic field can be compensated for.

Es ist bevorzugt, wenn der magnetoelastische Drehmomentsensor eine Rechenplatine und zwei Steckplatinen aufweist, die in einem Sensorgehäuse aufgenommen sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn auf jeder Steckplatine vier Spulen angeordnet sind. In diesem Fall weist die Sensorwelle vorzugsweise drei codierte Zonen auf.It is preferred if the magnetoelastic torque sensor has a computing board and two plug-in boards, which are accommodated in a sensor housing. It is advantageous if four coils are arranged on each plug-in board. In this case, the sensor shaft preferably has three coded zones.

Die Sensorwelle weist in dem zuvor genannten Bereich einen kreisrunden Querschnitt aufweist und ist gehärtet.The sensor shaft has a circular cross-section in the aforementioned area and is hardened.

Bevorzugt umfasst die Lagerung der Sensorwelle im zweiten Endbereich zwei Kugellager, die beidseitig von einem auf der Sensorwelle ausgebildeten Sitz für ein Schneckenrad angeordnet sind. Das Schneckenrad ist bevorzugt Teil einer Hilfskraftunterstützung. Um Bauraum optimal zu nutzen, ist die Drehmomentsensoreinheit dann vorzugsweise eingangsseitig vor den Lagern angeordnet.The mounting of the sensor shaft in the second end area preferably comprises two ball bearings which are arranged on both sides of a seat for a worm wheel formed on the sensor shaft. The worm wheel is preferably part of an auxiliary power support. In order to make optimal use of installation space, the torque sensor unit is then preferably arranged on the input side in front of the bearings.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Drehmomentsensoreinheit innerhalb eines inneren Mantelrohrs angeordnet, welches in einem äußeren Mantelrohr verschiebbar gelagert ist. Diese Anordnung ist besonders kompakt.In an advantageous embodiment, the torque sensor unit is arranged within an inner casing tube, which is mounted displaceably in an outer casing tube. This arrangement is particularly compact.

Das Sensorgehäuse ist vorzugsweise an einem Getriebedeckel befestigt, wobei der Getriebedeckel eine axiale Öffnung des Getriebegehäuses abdeckt.The sensor housing is preferably attached to a transmission cover, the transmission cover covering an axial opening in the transmission housing.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorwelle aus dem Werkstoff mit der Nr. 1.2767 oder einem ähnlichen Werkstoff hergestellt.In a preferred embodiment, the sensor shaft is made from the material with the number 1.2767 or a similar material.

Weiterhin ist ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfassend eine mit einem Lenkmittel verbindbare Lenkwelle, ein Zahnstangenlenkgetriebe aufweisend ein mit der Lenkwelle verbundenes Lenkritzel, welches mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von Rädern in Eingriff steht, vorgesehen, wobei das elektromechanische Lenksystem weiterhin wenigstens einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung an der Lenkwelle, und eine zuvor beschriebene Lenkeinheit aufweist. Die einteilige Sensorwelle bildet dabei die Lenkwelle aus.Furthermore, an electromechanical steering system for a motor vehicle is provided comprising a steering shaft that can be connected to a steering means, a rack and pinion steering gear having a steering pinion connected to the steering shaft, which meshes with a rack for steering wheels that is displaceably mounted in a housing along a longitudinal axis Electromechanical steering system further comprises at least one electric motor for steering force assistance on the steering shaft, and a steering unit described above. The one-piece sensor shaft forms the steering shaft.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Hi lfskraftlenkung,
2: einen Längsschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte dreiteilige Welle mit Drehmomentsensoreinheit,
3: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Welle mit Drehmomentsensor,
4: eine räumliche Ansicht der Drehmomentsensoreinheit der 3,
5: eine räumliche Ansicht der Sensorwelle der
Drehmomentsensoreinheit der 3,
6: eine räumliche Ansicht des Drehmomentsensors, sowie
7: eine Explosionszeichnung der Komponenten des Drehmomentsensors.

A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Identical or functionally identical components are provided with the same reference symbols in the figures. Show it:

1 : a schematic representation of an electromechanical auxiliary power steering,
2 : a longitudinal section through a three-part shaft known from the prior art with a torque sensor unit,
3 : a longitudinal section through a shaft according to the invention with a torque sensor,
4th : a three-dimensional view of the torque sensor unit of 3 ,
5 : a three-dimensional view of the sensor shaft of the
Torque sensor unit of the 3 ,
6th : a three-dimensional view of the torque sensor, as well
7th : an exploded view of the components of the torque sensor.

In der 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist, schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 4 übertragen. Das Ritzel 4 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 50 einer Zahnstange 5. Das Lenkritzel 4 bildet zusammen mit der Zahnstange 5 ein Lenkgetriebe. Die Zahnstange 5 ist in einem Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 5 mit Spurstangen 6 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 6 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 7 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 4 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 5 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 7. Die gelenkten Räder 7 erfahren über eine Fahrbahn 70 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 7 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektromotor 8 einer Servoeinheit 9 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 9 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 10,11,12 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 4 oder der Zahnstange 5 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 10,11,12 trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 4 und/oder in die Zahnstange 5 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 10,11,12 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an dem Ritzel 4 oder der Zahnstange 5 angeordnet sein.In the 1 is an electromechanical motor vehicle power steering 1 with a steering wheel 2 that with a steering shaft 3 is rotatably coupled, shown schematically. Via the steering wheel 2 the driver brings a corresponding torque into the steering shaft as a steering command 3 a. The torque is then passed through the steering shaft 3 on a steering pinion 4th transfer. The pinion 4th meshes in a known manner with a toothed segment 50 a rack 5 . The steering pinion 4th forms together with the rack 5 a steering gear. The rack 5 is mounted displaceably in the direction of its longitudinal axis in a steering housing. The rack is at its free end 5 with tie rods 6th Connected via ball joints, not shown. The tie rods 6th themselves are in a known manner via stub axles, each with a steered wheel 7th of the motor vehicle connected. One turn of the steering wheel 2 leads over the connection of the steering shaft 3 and the pinion 4th to a longitudinal displacement of the rack 5 and thus to a pivoting of the steered wheels 7th . The steered wheels 7th learn about a roadway 70 a reaction that counteracts the steering movement. For swiveling the wheels 7th consequently, a force is required that generates a corresponding torque on the steering wheel 2 makes necessary. An electric motor 8th a servo unit 9 is provided to support the driver in this steering movement. The servo unit 9 can be used as an assistant support facility 10 , 11 , 12th either with a steering shaft 3 , the steering pinion 4th or the rack 5 be coupled. The respective assistant support 10 , 11 , 12th carries an auxiliary force torque into the steering shaft 3 , the steering pinion 4th and / or in the rack 5 a, whereby the driver is supported in the steering work. The three different in 1 assisted workers shown 10 , 11 , 12th show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the positions shown is occupied by an assistant. The servo unit can be used as a superimposed steering on the steering column or as an auxiliary power support device on the pinion 4th or the rack 5 be arranged.

2 zeigt eine Drehmomentsensoreinheit 13, die die Verdrehung einer oberen Lenkwelle 30 gegenüber einer unteren Lenkwelle 31 als ein Maß des an der oberen Lenkwelle 30 manuell ausgeübten Drehmomentes erfasst. 2 shows a torque sensor unit 13th showing the twisting of an upper steering shaft 30th opposite a lower steering shaft 31 as a measure of that on the upper steering shaft 30th manually exerted torque recorded.

Die oberen Lenkwelle 30 und die unteren Lenkwelle 31 sind drehelastisch über einen Drehstab 32 miteinander gekoppelt. Die Verdrehung zwischen der oberen Lenkwelle 30 und die unteren Lenkwelle 31 kann über einen Drehwinkelsensor ermittelt werden. Dieser Drehwinkelsensor wird auch als Drehmomentsensor bezeichnet. Die Drehmomentsensoreinheit 13 weist einen drehfest mit der oberen Lenkwelle 30 verbunden Ringmagneten (Permanentmagneten) 14 und einen mit der unteren Lenkwelle 31 verbundenen Stator 15 auf. Eine dazugehörige Sensoreinheit 16 ist raumfest in einem Getriebedeckel der an der Lenkwelle angeordneten Hilfskraftunterstützung 11 gehalten. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 13 gemessen Drehmoments stellt die Servoeinheit der Hilfskraftunterstützung 11 eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereit. The upper steering shaft 30th and the lower steering shaft 31 are torsionally elastic via a torsion bar 32 coupled with each other. The twist between the upper steering shaft 30th and the lower steering shaft 31 can be determined via a rotation angle sensor. This angle of rotation sensor is also referred to as a torque sensor. The torque sensor unit 13th has a rotationally fixed to the upper steering shaft 30th connected ring magnets (permanent magnets) 14th and one with the lower steering shaft 31 connected stator 15th on. An associated sensor unit 16 is fixed in space in a gear cover of the auxiliary power support arranged on the steering shaft 11 held. Depending on the torque sensor unit 13th measured torque is provided by the servo unit of the auxiliary power assistance 11 a steering assistance for the driver ready.

Die 3 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Sensorwelle 17 der Drehmomentsensoreinheit 13 ist einteilig ausgebildet. Sie kann als Hohl- oder Vollwelle ausgebildet sein. Wie in 3 dargestellt, ist die Sensorwelle 17 in einem Getriebegehäuse 18 mittels Kugellager 19 drehbar gelagert und fungiert als Lenkwelle 3. Die Lager 19 sind beidseitig von einem Sitz 20 für ein Schneckenrad 21 angeordnet. Das Schneckenrad 21 wird mittels einer nicht dargestellten Schnecke von einem Elektromotor zur Lenkunterstützung angetrieben. Eingangsseitig vor dem Rillenkugellager 19 weist die Sensorwelle 17 einen Bereich 22 auf, in dem der Querschnitt kreisrund ist. Dieser Bereich 22 ist gehärtet und magnetisch codiert. Die magnetische Codierung ist Teil der Drehmomentsensoreinheit 13, die eine magnetoelastische Drehmomentsensoreinheit ist. Bei magnetoelastischen Drehmomentmessungen wird das Drehmoment mit Hilfe des magnetoelastischen bzw. inversen magnetostriktiven Effekts bestimmt. Nickel-Eisen-Legierungen verändern ihre Permeabilität in Abhängigkeit von einer mechanischen Belastung. Bei Zug, Druck, Biegung oder Torsionsbelastung passt sich die Permeabilität der Belastung entsprechend an. Befindet sich das Material in einem externen magnetischen Feld, richten sich die Weiß'schen Bezirke dem Magnetfeld entsprechend aus, wodurch sich zum Beispiel eine Längenänderung oder andere Verformung des Materials ergibt.the 3 until 7th show an embodiment of the invention. A sensor wave 17th the torque sensor unit 13th is made in one piece. It can be designed as a hollow or solid shaft. As in 3 shown is the sensor shaft 17th in a gearbox 18th by means of ball bearings 19th rotatably mounted and functions as a steering shaft 3 . Camps 19th are on both sides of a seat 20th for a worm wheel 21 arranged. The worm wheel 21 is driven by an electric motor for steering assistance by means of a worm (not shown). On the input side in front of the deep groove ball bearing 19th instructs the Sensor shaft 17th an area 22nd in which the cross section is circular. This area 22nd is hardened and magnetically coded. The magnetic coding is part of the torque sensor unit 13th , which is a magnetoelastic torque sensor unit. With magnetoelastic torque measurements, the torque is determined with the help of the magnetoelastic or inverse magnetostrictive effect. Nickel-iron alloys change their permeability depending on a mechanical load. In the event of tension, pressure, bending or torsional loads, the permeability adapts to the load accordingly. If the material is in an external magnetic field, the Weiss domains align according to the magnetic field, which results in a change in length or other deformation of the material, for example.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei magnetisch codierte Zonen 23 auf der Oberfläche der Sensorwelle 17 angeordnet, siehe auch 5. Die Zonen 23 erstrecken sich koaxial zur Längsachse 100 der Sensorwelle 17, vollumfänglich um die Sensorwelle 17. Sie liegen hintereinander in Längsrichtung und sind jeweils durch einen bevorzugt vorgesehenen kleinen Spalt voneinander getrennt. Benachbarte Zonen 23 sind in entgegengesetzter Kreisrichtung magnetisiert, so dass die drehmomentabhängigen magnetischen Felder vom Betrag her gleiche, aber entgegengesetzte magnetische Polarität aufweisen.In the illustrated embodiment, there are three magnetically coded zones 23 on the surface of the sensor shaft 17th arranged, see also 5 . The zones 23 extend coaxially to the longitudinal axis 100 the sensor shaft 17th , completely around the sensor shaft 17th . They lie one behind the other in the longitudinal direction and are each separated from one another by a preferably provided small gap. Adjacent zones 23 are magnetized in the opposite circular direction, so that the torque-dependent magnetic fields have the same magnitude but opposite magnetic polarity.

Ein passiver magnetoelastischer Drehmomentsensor 25 misst die aufgrund einer Permeabilitätsänderung hervorgerufenen Magnetfeldänderung eines vormagnetisierten Materials. Wodurch auf das in die Sensorwelle 17 eingeleitete Drehmoment rückgeschlossen werden kann. Dafür weist der magnetoelastische Drehmomentsensor 24 bevorzugt eine Rechenplatine 25 und zwei Steckplatinen 261,262 auf, die in einem gemeinsamen Sensorgehäuse 27 angeordnet sind. Die Rechenplatine 25 ist, wie aus 7 ersichtlich, u-förmig ausgestaltet. Sie liegt in einer Ebene quer zur Längsachse 100 der Sensorwelle 17 und umgibt diese. Die Rechenplatine 25 weist auf ihrer der Sensorwelle 17 zugewandten Innenseite zwei Ausschnitte 28 auf, in die jeweils eine Steckplatine 261,262 eingesteckt wird. Die Steckplatinen 261,262 liegen in Umfangsrichtung um die Sensorwelle 17 auf gegenüberliegenden Seiten. Sie erstrecken sich parallel zur Längsachse 100. Auf den der Sensorwelle 17 zugewandten Oberflächen der Steckplatinen 261,262 sind Spulen 29 angeordnet. Diese sind mit Pressfit-Pins 33 an den Steckplatinen 261,262 befestigt. Über das Einstecken der Steckplatinen 261,262 in die Rechenplatine 25 werden die Spulen 29 mit der Rechenplatine 25 elektrisch kontaktiert. Die drei Platinen 25,26 sind von dem Sensorgehäuse 27 umgeben und gehalten. Die Verbindung erfolgt über Steck- bzw. Pressverbindungen.A passive magneto-elastic torque sensor 25th measures the change in the magnetic field of a premagnetized material caused by a change in permeability. Which means that in the sensor shaft 17th introduced torque can be inferred. This is what the magnetoelastic torque sensor does 24 preferably a calculator board 25th and two breadboards 261,262, which are in a common sensor housing 27 are arranged. The calculator board 25th is how out 7th can be seen, U-shaped. It lies in a plane transverse to the longitudinal axis 100 the sensor shaft 17th and surrounds them. The calculator board 25th points on their the sensor shaft 17th facing inside two cutouts 28 on, into each of which a plug-in board 261,262 is plugged. The plug-in boards 261, 262 lie in the circumferential direction around the sensor shaft 17th on opposite pages. They extend parallel to the longitudinal axis 100 . On that of the sensor shaft 17th facing surfaces of the breadboard 261,262 are coils 29 arranged. These are with press-fit pins 33 attached to breadboards 261,262. By plugging the breadboard 261,262 into the calculator board 25th become the coils 29 with the calculator board 25th electrically contacted. The three circuit boards 25, 26 are from the sensor housing 27 surrounded and held. The connection is made using plug-in or press-fit connections.

Auf jeder Steckplatine 261,262 sind insgesamt vier Spulen vorgesehen. Auf einer ersten Steckplatine 261 liegen zwei in Längsrichtung benachbarte Spulen 29 jeweils auf einer gemeinsamen Linie mit ihren Längsachsen. Zwischen den jeweils zwei Spulen 29 ist ein Versatz vorgesehen, so dass die mittleren beiden Spulen sich senkrecht zur Längsachse aneinanderreihen, mit ihren Längsachsen parallel zueinander beabstandet. Auf der zweiten Steckplatine 262 sind ebenfalls vier Spulen 29 vorgesehen, die sich jedoch alle senkrecht zur Längsachse der Sensorwelle aneinander reihen, mit ihren Längsachsen parallel zueinander beabstandet und parallel zur Längsachse der Sensorwelle, so dass die vier Spulen 29 auf der gleichen Position in Längsrichtung der Sensorwelle angeordnet sind.A total of four coils are provided on each breadboard 261,262. On a first breadboard 261 are two longitudinally adjacent coils 29 each on a common line with their longitudinal axes. Between the two coils 29 an offset is provided so that the middle two coils are lined up perpendicular to the longitudinal axis, with their longitudinal axes spaced parallel to one another. On the second breadboard 262 are also four coils 29 provided, which, however, are all lined up perpendicular to the longitudinal axis of the sensor shaft, with their longitudinal axes spaced parallel to one another and parallel to the longitudinal axis of the sensor shaft, so that the four coils 29 are arranged on the same position in the longitudinal direction of the sensor shaft.

Die Spulen 29 messen das beim Lenkvorgang entstehende Drehmoment durch die Änderung der magnetischen Permeabilität der Sensorwelle.The spools 29 measure the torque generated during steering by changing the magnetic permeability of the sensor shaft.

Wie in 6 zu sehen ist, sind die Platinen 261,262,25 bis auf die Spulen 29 von dem Sensorgehäuse 27 umgeben. In anderen Worten die Spulen 29 sind für die Messung der Magnetfeldänderungen bzw. zur Drehmomentmessung freigelegt. Das Sensorgehäuse 27 wird mit einem Getriebedeckel 34 in Längsrichtung 100 der Sensorwelle 17 in Anlage gebracht (siehe 3 und 4) und mittels vier Schrauben befestigt. Der Getriebedeckel 34 deckt die axiale Öffnung des Getriebegehäuses 18 ab. Das Sensorgehäuse 27 liegt innerhalb des inneren Mantelrohrs 35. Das innere Mantelrohr 35 ist in einem nicht dargestellten äußeren Mantelrohr verschiebbar gelagert. Das äußere Mantelrohr ist in einer Konsole gehalten, die an einer Fahrzeugkarosserie befestigt werden kann. Das äußere Mantelrohr kann gegenüber der Konsole in der Höhe verstellt werden, zudem ist eine Axialverstellung des inneren Mantelrohrs 35 gegenüber dem äußeren Mantelrohr erlaubt.As in 6th can be seen, the circuit boards 261,262,25 except for the coils 29 from the sensor housing 27 surround. In other words the coils 29 are exposed for the measurement of the magnetic field changes or for the torque measurement. The sensor housing 27 comes with a gear cover 34 longitudinal 100 the sensor shaft 17th brought into plant (see 3 and 4th ) and fastened with four screws. The gear cover 34 covers the axial opening of the gear housing 18th away. The sensor housing 27 lies within the inner jacket tube 35 . The inner jacket pipe 35 is slidably mounted in an outer jacket tube, not shown. The outer jacket tube is held in a console that can be attached to a vehicle body. The height of the outer casing tube can be adjusted in relation to the console, and there is also an axial adjustment of the inner casing tube 35 allowed compared to the outer jacket pipe.

Die einteilige Sensorwelle 17 wird bevorzugt aus Werkstoff mit der Nummer 1.2767 (Durchhärterstahl, DIN: 45 NiCrMo 16) oder einem ähnlichen Material gefertigt. Die Sensorwelle 17 ist über eine Länge von etwa 30 mm gehärtet. Im gehärteten Bereich sind die magnetisch codierten Zonen 23 vorhanden. In Abhängigkeit von der Anzahl an kodierten Zonen kann die gehärtete Länge mehr als 30 mm betragen.The one-piece sensor shaft 17th is preferably made of material with the number 1.2767 (through hardening steel, DIN: 45 NiCrMo 16) or a similar material. The sensor shaft 17th is hardened over a length of about 30 mm. The magnetically coded zones are in the hardened area 23 available. Depending on the number of coded zones, the hardened length can be more than 30 mm.

Die Anzahl der Zonen kann je nach Bedarf unterschiedlich gewählt werden. Es sind bevorzugt wenigstens zwei magnetisch codierte Zonen vorhanden.The number of zones can be selected differently depending on requirements. There are preferably at least two magnetically coded zones.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102007043502 A1 [0003]

Claims

Steering unit comprising a one-piece sensor shaft (17) and a torque sensor unit (13) for detecting a torque introduced into the sensor shaft (17), the sensor shaft (17) having a connection area in a first end area for connecting to a steering means (3), and in its second end area is rotatably mounted in a gear housing (18), characterized in that the torque sensor unit (18) has a magnetoelastic torque sensor (24) and at least two magnetically coded zones arranged on the sensor shaft (17) in an area (22) (23), the permeability of which changes depending on a mechanical load, and that the magnetoelastic torque sensor (24) is designed to measure a change in the magnetic field corresponding to the introduced torque, which is caused by the at least two magnetically coded zones (23).

Steering unit after Claim 1 , characterized in that the at least two magnetically coded zones (23) are arranged on the surface of the sensor shaft (17) and extend coaxially to the longitudinal axis (100) of the sensor shaft (17) and completely around the sensor shaft (17), the zones (23) lie one behind the other in the longitudinal direction.

Steering unit after Claim 1 or 2 , characterized in that adjacent zones (23) are magnetized in the opposite circular direction.

Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetoelastic torque sensor (24) has a computing board (25) and two plug-in boards (261, 262) which are accommodated in a sensor housing (27).

Steering unit after Claim 4 , characterized in that two or more coils (29) are arranged on each plug-in board (261, 262).

Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor shaft (17) has a circular cross-section in the area (22) and is hardened.

Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the mounting of the sensor shaft (17) in the second end area comprises two ball bearings (19) which are arranged on both sides of a seat (20) for a worm wheel (21) formed on the sensor shaft (17) are.

Steering unit after Claim 7 , characterized in that the torque sensor unit (13) is arranged on the input side in front of the bearings (19).

Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the torque sensor unit (13) is arranged within an inner casing tube (35) which is slidably mounted in an outer casing tube.

Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor housing (27) is attached to a gear cover (34), the gear cover (34) covering an axial opening in the gear housing (18).

Steering unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor shaft (17) is made from the material with the number 1.2767 or a similar material.

Electromechanical steering system (1) for a motor vehicle comprising a steering shaft (2) that can be connected to a steering means (2), a rack and pinion steering gear having a steering pinion (4) connected to the steering shaft (2), which is connected to a rack that is slidably mounted in a housing along a longitudinal axis (5) for steering wheels (7) is engaged, and comprising at least one electric motor for steering force assistance on the steering shaft (3), and a steering unit according to one of the preceding claims, wherein the sensor shaft (17) forms the steering shaft (3).