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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Innenmantel, in dem eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung erstreckte Längsachse drehbar gelagert ist, und der in einem Außenmantel in Längsrichtung gleitend verstellbar aufgenommen ist, und umfassend eine Vorspanneinrichtung, mit einem von außen in einer Spannrichtung quer zur Längsachse gegen den Innenmantel verspannbaren Druckstück, welches in Längsrichtung an dem Außenmantel gehalten und entgegen der Spannrichtung gegen ein Fixierelement abgestützt ist, das in einer Ausnehmung des Außenmantels fixiert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Einstellung einer Lenksäule.
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Eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug weist eine Lenkwelle mit einer in einer Manteleinheit um ihre Längsachse drehbar gelagerten Lenkspindel auf, an deren in Fahrtrichtung hinteren, dem Fahrer zugewandten Ende ein Lenkrad zur Einbringung eines Lenkbefehls durch den Fahrer angebracht ist. Die Manteleinheit wird von einer an der Fahrzeugkarosserie befestigten Trageinheit gehalten, wobei durch eine Verstellung der Manteleinheit relativ zur Trageinheit die Einstellung der Lenkradposition relativ zur Fahrzeugkarosserie ermöglicht werden kann.
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Eine Längsverstellung, bei der das Lenkrad in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Längsachse relativ zur Fahrerposition nach hinten oder nach vorn verstellt werden kann, wird bei einer gattungsgemäßen Lenksäule durch eine teleskopartige Ausgestaltung der Manteleinheit und der Lenkspindel ermöglicht. Außerdem kann die Lenksäule im Fall eines Crashs in Längsrichtung zusammengeschoben werden, wodurch wirksam verhindert wird, dass die Lenksäule in das Innere der Fahrgastzelle eindringt und zu Verletzungen der Insassen führt. Wenn im Crashfall ein Körper auf das Lenkrad prallt, kann die dabei eingetragene Energie beim Zusammenschieben der Lenksäule kontrolliert abgebaut, also dissipiert werden, um das Verletzungsrisiko zu verringern.
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Die Manteleinheit weist mindestens einen Innenmantel auf, auch als inneres Mantelrohr oder Innenmantelrohr bezeichnet, welches koaxial teleskopartig in einen Außenmantel, auch als äußeres Mantelrohr oder Außenmantelrohr bezeichnet, eintaucht, und in der durch die Längsachse vorgegebenen Längsrichtung teleskopierend verschiebbar in diesem geführt ist.
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Durch Zusammenschieben oder Ausziehen der Mantelrohre in Längsrichtung kann die Manteleinheit und damit die Lenksäule zur Verstellung entsprechend verkürzt oder verlängert werden.
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Der Innenmantel ist in dem Außenmantel in Längsrichtung gleitend geführt. Um eine definierte und gleichbleibende Verstellkraft vorgeben zu können, die zur Längsverstellung aufgewendet werden muss, und dabei gleichzeitig eine hohe Steifigkeit der Lenksäule zu gewährleisten, ist eine spielarme Ausgestaltung der Gleitführung erforderlich. Hierzu ist es beispielsweise aus der
CN 208827919 U bekannt, eine Gleitfläche an einem außen an dem Innenmantel anliegenden Druckstück anzubringen. Dieses Druckstück ist in Längsrichtung an dem Außenmantel gehalten und mit einer an dem Außenmantel angebrachten Vorspanneinrichtung verbunden. Von der Vorspanneinrichtung kann eine definierte Vorspannkraft in einer Spannrichtung quer zur Längsachse, d.h. radial von außen auf die Längsachse zu, auf das Druckstück aufgebracht werden, mit der dieses spielarm bzw. spielfrei in den Gleitkontakt mit einer definierten Vorspannkraft gegen den Innenmantel angepresst wird. Dabei ist das Druckstück in Längsrichtung an dem Außenmantel gehalten und entgegen der Spannrichtung, also entgegen der Richtung der Vorspannkraft, gegen ein Fixierelement der Vorspanneinrichtung abgestützt. Im Stand der Technik ist das Fixierelement ein Gewindebolzen, der in einer Ausnehmung des Außenmantels, die als korrespondierende Gewindebohrung ausgebildet ist, fixiert ist.
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Ein Vorteil der bekannten Vorspanneinrichtung ist, dass durch Einschrauben des Fixierelements in die Ausnehmung die über das Druckstück auf die Gleitführung ausgeübte Vorspannkraft und damit die Verstellkraft und die Steifigkeit der Lenksäule einstellbar ist. Beim Einschrauben und Anziehen des Fixierelements muss jedoch zwangsläufig die Gewindereibung überwunden werden, die ihrerseits vom tatsächlichen Zustand des Gewindes, der Vorspannkraft und weiteren Bedingungen beeinflusst wird. Dadurch entsteht der Nachteil, dass durch das Einschrauben des Fixierelements die tatsächlich im Gleitkontakt wirkende Vorspannkraft nur unzureichend genau vorgegeben werden kann. Weiterhin kann es nachteilig sein, dass sich durch Lösen des Fixierelements die eingestellte Vorspannkraft verändert, oder diese durch späteren Eingriff (Manipulation im Feld) von nicht sachkundigen Personen nachteilig verändert wird, falls das Fixierelement weiter eingeschraubt oder ausgeschraubt wird.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, langzeitstabile Einstellung der Vorspannkraft zu ermöglichen, die gleichzeitig einen erhöhten Manipulationsschutz bietet.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Lenksäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Innenmantel, in dem eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung erstreckte Längsachse drehbar gelagert ist, und der in einem Außenmantel in Längsrichtung gleitend verstellbar aufgenommen ist, und umfassend eine Vorspanneinrichtung, mit einem von außen in einer Spannrichtung quer zur Längsachse gegen den Innenmantel verspannbaren, Druckstück, welches in Längsrichtung an dem Außenmantel gehalten und entgegen der Spannrichtung gegen ein Fixierelement abgestützt ist, das in einer Ausnehmung des Außenmantels fixiert ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Fixierelement mindestens ein Umformmittel aufweist, welches in die Ausnehmung plastisch eingefurcht ist, und/oder die Ausnehmung ein Umformmittel aufweist, welches in das Fixierelement plastisch eingefurcht ist.
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Erfindungsgemäß ist zur Fixierung mindestens ein Umformmittel an dem Fixierelement und alternativ oder zusätzlich im Bereich der Ausnehmung an dem Außenmantel vorgesehen. Dabei bildet dieses Umformmittel oder -element eine Art Umformwerkzeug, also ein Werkzeugelement, welches zum Fixieren eine plastische Umformung des Fixierelement und/oder des Außenmantels, konkret der Ausnehmung des Außenmantels bewirkt. Durch diese Umformung wird eine bevorzugt unlösbare Verbindung zwischen dem Fixierelement und dem Außenmantel erzeugt, so dass die Möglichkeit einer nachträglichen Manipulation durch nicht sachkundige Personen verhindert ist oder zumindest deutlich reduziert ist. Beispielsweise können durch die beim Fixieren durch das Umformmittel erzeugte Umformung Formschlusselemente erzeugt werden, durch die das Fixierelement in Längsrichtung und in Spannrichtung eindeutig positioniert und dauerhaft festgelegt ist. Bevorzugt bilden die so erzeugten Formschlusselemente eine unlösbare Verbindung. Das bringt den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass die beim Fixieren des Druckstücks eingestellte Vorspannkraft nicht mehr verändert werden kann und daher langzeitstabil ist.
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Bevorzugt ist das Druckstück als ein in Längsrichtung auf dem Innenmantel gleitendes Druckstück ausgebildet.
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Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Erstreckungsrichtung der Ausnehmung identisch mit ist der Spannrichtung, also radial bezüglich der Längsachse gerichtet ist. Das Druckstück wird entsprechend durch die Vorspanneinrichtung in dieser Spann- bzw. Erstreckungsrichtung von außen gegen den Innenmantel verspannt, bevorzugt orthogonal zur Längsrichtung.
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Dadurch, dass das Umformmittel eingefurcht wird, wird es derartig plastisch in das Material des Fixierelements und/oder des Außenmantels eingeformt oder eingegraben, dass miteinander verkrallte Formschlusselemente ausgebildet werden, bevorzugt unlösbar. Durch diese erfindungsgemäß ausgebildeten Formschlusselemente kann das Fixierelement in der Ausnehmung in der Spannrichtung, die mit der Erstreckungsrichtung der Ausnehmung übereinstimmt, in Längsrichtung und auch bezüglich Verdrehung in der Ausnehmung, also Rotation um die Spannrichtung, dauerhaft und zuverlässig gesichert sein. Darin liegt ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, der zusätzliche Maßnahmen zur Sicherung erforderlich machen würde, was zusätzlichen Fertigungsaufwand bedeutet.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße plastische Umformung durch Einbringung einer Umformkraft unabhängig von der beim Einstellen durch das Fixierelement auf das Druckstück ausgeübten Vorspannkraft erfolgen kann. Dadurch kann die Vorspannkraft anders als im Stand der Technik definiert und präzise vorgegeben werden, und durch die davon unabhängige plastische Umformung durch Einbringung einer Umformkraft dauerhaft fixiert werden, ohne dass eine nachträgliche Manipulation wie Stand der Technik einfach möglich ist. Bevorzugt kann dazu vorgesehen sein, dass die Vorspannkraft und die Umformkraft keine gemeinsamen Kraftkomponenten haben. Beispielsweise können die Vorspannkraft und die Umformkraft orthogonal zueinander gerichtet sein. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Vorspannkraft in Spannrichtung, d.h. in der Erstreckungsrichtung der Ausnehmung orthogonal zur Längsachse auf das Druckstück wirkt, und die Umformkraft in Richtungen innerhalb einer zur Längsachse parallelen Ebene ausgeübt wird.
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Die Ausnehmung kann bevorzugt als durchgehende Öffnung ausgebildet sein. Diese bildet dann bevorzugt eine radial bezüglich der Längsachse nach außen offene Durchgangsöffnung in dem Außenmantel. In die Öffnung kann das Fixierelement in Spannrichtung von außen eingesetzt sein, und das ebenfalls bevorzugt in der Durchgangsöffnung angeordnete Druckstück mit der Vorspannkraft gegen den Innenmantel belasten und vorspannen.
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Vorzugsweise können die Ausnehmung und das Fixierelement einen runden Grundquerschnitt haben. Das Fixierelement kann hierzu einen zylindrischen Grundkörper haben, der sich axial in der Öffnung in Spannrichtung erstreckt, welche der Erstreckungsrichtung der Öffnung entspricht. Die Ausnehmung kann beispielsweise als Öffnung mit einem korrespondierenden runden Grundquerschnitt ausgebildet sein, in welche das zylindrische Fixierelement axial eingesetzt sein kann.
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Das oder die erfindungsgemäßen Umformmittel können bevorzugt am Außenumfang des Fixierelements, und zusätzlich oder alternativ am Innenumfang der Ausnehmung angeordnet sein, welcher gegen das Fixierelement gerichtet ist.
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Es kann vorteilhaft sein, dass das Druckstück ein gegen den Innenmantel anliegendes Gleitelement aufweist oder ein gegen den Innenmantel anliegendes Rollelement aufweist. Ein Gleitelement kann beispielsweise aus einem Material ausgebildet sein, welches auf der typischerweise aus Stahl gefertigten Innenmantel gut gleitfähig ist, beispielsweise einem Kunststoff, einem Buntmetall oder dergleichen. Das Gleitelement kann als Gleitkörper aus einem solchen Material ausgebildet sein, der selbst das Druckstück bilden kann. Alternativ kann auch eine Beschichtung vorgesehen sein, die auch an dem Fixierelement angeordnet sein kann, und zusätzlich oder alternativ auf dem Innenmantel. Weiters ist es denkbar und möglich, dass das Gleitelement als eine auf das Druckstück aufgebrachte Folie ausgebildet ist, die beispielsweise auf das Druckstück geklebt ist.
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Das Druckstück kann bevorzugt ein Rollelement aufweisen, welches an dem Druckstück gelagert ist und auf dem Innenmantel abrollbar ist. Das Rollelement kann bevorzugt als Rolle und/oder als Kugel ausgebildet sein. Das Druckstück kann bevorzugt ein oder mehrere Rollelemente aufweisen.
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Das Druckstück und das Fixierelement können separat ausgebildet und in Spannrichtung gegeneinander abgestützt sein. Es ist auch möglich, dass das Druckstück und das Fixierelement miteinander verbunden oder integral ausgebildet sind.
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Der Innenmantel und der Außenmantel können ein kreiszylindrisches Querschnittsprofil oder ein von der kreiszylindrischen Form abweichendes Querschnittsprofil aufweisen, beispielsweise ein unrundes Querschnittsprofil wie ein Mehrkantprofil (Dreieckig, Viereckig, Sechseckig, Achteckig oder n-Eckig, wobei nεℕ ist). Bevorzugt sind Innenmantel und Aussenmantel als Rohre ausgebildet, wobei Rohr im Sinne eines Hohlprofils zu verstehen ist, wobei dieses auch Schlitze, Ausnehmungen und dergleichen aufweisen kann. Der Innenmantel und/oder der Außenmantel sind bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff wie Stahl oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Der Innenmantel und/oder der Außenmantel kann bevorzugt als Schweißbauteil oder als Gussbauteil ausgebildet sein.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Fixierelement und dem Druckstück ein Federelement angeordnet ist. Dadurch, dass das Federelement in Spannrichtung zwischen dem Fixierelement und dem Druckstück angeordnet ist, kann es die Vorspannkraft elastisch durch seine Federkraft erzeugen und aufrechterhalten. Durch stärkeres oder schwächeres Andrücken des Fixierelements in Spannrichtung und anschließendes Fixieren mittels der erfindungsgemäßen plastischen Einformung kann die ausgeübte Vorspannkraft eingestellt und fixiert werden. Als Federelement kann bevorzugt eine Druckfeder eingesetzt werden, beispielsweise Federringe, Teller-, Scheiben- oder Schraubenfedern oder dergleichen.
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Es ist eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, dass das Umformmittel ein zur spanlosen Umformung ausgebildetes Werkzeugelement aufweist. Zum Fixieren wird eine Umformkraft zwischen Außenmantel und Fixierelement aufgebracht, so dass das Umformmittel plastisch eingeformt wird. Dabei hat ein spanloses Umformverfahren, wie beispielsweise Pressen, Stauchen, Biegen, Quetschen, Fließpressen, Prägen oder dergleichen den Vorteil, dass beim Fixieren keine Späne oder Partikel anfallen, welche die Funktion der Lenksäule beeinträchtigen könnten. Außerdem kann durch spanlose Umformung eine besonders hoch belastbare, dauerhafte Gefügestruktur erzeugt werden, wodurch eine hohe Haltewirkung erzeugt werden kann, die insbesondere höher ist als im Stand der Technik.
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Es ist mit Vorteil möglich, dass das Umformmittel eine Verzahnung aufweist. Die Verzahnung kann an dem Fixierelement angeordnet sein, und zusätzlich oder alternativ an dem Außenmantel, vorzugsweise jeweils an den miteinander in Kontakt kommenden Innen- und Außenflächen. Eine Verzahnung kann fertigungstechnisch einfach erzeugt werden, und hinsichtlich Form und Abmessungen angepasst werden, um ein optimierte plastische Einfurchung oder Einformung zu erzeugen. Beispielsweise kann die Verzahnung abgerundet sein, um eine spanlose Umformung erzeugen zu können. Es kann vorgesehen sein, dass die Verzahnung als Längsrändelung ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verzahnung mindestens eine Zahnrippe aufweist, die zumindest abschnittweise in einer Umfangsrichtung umlaufend an dem Fixierelement und/oder in der Ausnehmung ausgebildet ist. Eine Zahnrippe kann durch einen stegartig vorstehenden, langgestreckten Zahn gebildet werden, wobei der Zahn einen Zahnkopf mit benachbarten Zahnflanken aufweist. Eine solche Zahnrippe kann außen um das Fixierelement und/oder innen in der Ausnehmung bezüglich der Erstreckung der Ausnehmung umlaufend angeordnet sein. Bevorzugt können mehrere Zahnrippen mit Abstand angeordnet sein, so dass eine Art Rillung oder Riffelung erzeugt wird. Haben das Fixierelement und die Ausnehmung oder Öffnung eine zylindrische Grundform, verlaufen die Zahnrippen bevorzugt zumindest abschnittweise koaxial. Dabei erstrecken sich die Zahnrippen quer zur Spannrichtung, und werden daher als Querverzahnung bezeichnet. Dadurch, dass die Zahnrippen der Querverzahnung in das Fixierelement und/oder die Ausnehmung plastisch eingefurcht werden, wird eine in Spannrichtung wirksame Formschlussverbindung erzeugt. Diese Verbindung ist unlösbar und langzeitstabil und gewährleistet eine sichere Aufrechterhaltung der Vorspannkraft.
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Dadurch, dass die Zahnrippen der Querverzahnung in das Fixierelement und/oder die Ausnehmung plastisch eingefurcht werden, kann eine in Spannrichtung wirksame Formschlussverbindung dadurch erzeugt werden, dass eine Umformkraft in Umfangsrichtung zwischen dem Fixierelement und dem Außenmantel ausgeübt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verzahnung mindestens eine Zahnrippe aufweist, die zumindest abschnittweise in der Spannrichtung an dem Fixierelement und/oder in der Ausnehmung ausgebildet ist. Eine oder mehrere Zahnrippen können sich in Erstreckungsrichtung der Ausnehmung, also quer bezüglich einer Umfangsrichtung außen an dem Fixierelement und/oder innen in der Ausnehmung erstrecken. Diese Art der Verzahnung wird als Längsverzahnung bezeichnet. Dadurch, dass die Zahnrippen der Längsverzahnung in das Fixierelement und/oder die Ausnehmung plastisch eingefurcht werden, kann eine in Umfangsrichtung, quer zur Spannrichtung wirksame Formschlussverbindung erzeugt. Dadurch kann ein unerwünschtes Verdrehen des Fixierelements in der Ausnehmung wirksam verhindert werden.
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Es kann eine Kombination einer Längs- und einer Querverzahnung realisiert werden, beispielsweise eine Querverzahnung außen an dem Fixierelement, und eine Längsverzahnung innen in der Ausnehmung, oder umgekehrt. Beim erfindungsgemäßen plastischen Verbinden werden die Zahnrippen über Kreuz plastisch ineinander eingefurcht. Das hat zum einen den fertigungstechnischen Vorteil, dass eine geringere Umformkraft erforderlich ist, als wenn eine Zahnrippe in eine glatte Fläche eingefurcht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass das beim Einfurchen plastisch verdrängte Material im Kontaktbereich zwischen Fixierelement und Ausnehmung verbleibt und dabei besonders effektive Formschlusselemente ausbilden kann.
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Die Verzahnung kann an dem Fixierelement und/oder in der Ausnehmung bevorzugt plastisch eingeformt sein, beispielsweise durch Prägen, Rändeln, Rollieren oder dergleichen. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche Fertigung, und durch die spanlose Umformung eine hohe Stabilität und Haltekraft.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Fixierelement und die Ausnehmung miteinander korrespondierende, sich jeweils segmentartig über einen Umfangsteilabschnitt erstreckende Bajonettsegmente aufweisen, welche zumindest teilweise Umformmittel aufweisen und angeordnet und eingerichtet sind, um in einer relativen Einsetzorientierung das Einsetzen des Fixierelements in der Spannrichtung in die Ausnehmung zu ermöglichen, und in einer relativ zur Einsetzorientierung verdrehten Fixier- oder Verriegelungsorientierung plastisch in dem Fixierelement und/oder der Ausnehmung eingefurcht sind. In dieser Ausführung sind das Fixierelement und die Ausnehmung ähnlich wie ein Bajonettverschluss ausgebildet, wobei im Folgenden zur einfacheren Erläuterung davon ausgegangen wird, das das Fixierelement und die als Öffnung ausgebildete Ausnehmung eine miteinander korrespondierende zylindrische Grundform haben.
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In der Ausnehmung stehen mindestens ein oder mehrere Bajonettsegmente nach innen, d.h. quer zur Einsetzrichtung, also quer zu Spannrichtung, in den Öffnungsquerschnitt vor, wobei in Umfangsrichtung zwischen den umfangsseitigen Enden des oder der Bajonettsegmente jeweils mindestens eine Umfangslücke frei ist. Von dem Fixierelement steht mindestens ein Bajonettsegment nach außen quer zur Einsetzrichtung vor, welches in Umfangsrichtung gemessen eine kleinere Abmessung hat als besagte Umfangslücke. Mit anderen Worten erstrecken sich die Bajonettsegmente von Fixierelement und Ausnehmung zusammengenommen über weniger als 360°. Der Querschnitt, d.h. der Durchmesser des bevorzugt zylindrischen Grundkörpers des Fixierelements ist dabei kleiner als der zwischen dem oder den Bajonettsegmenten der Ausnehmung freibleibende Durchgangsquerschnitt. Dadurch kann das Fixierelement in Spann- bzw. Einsetzrichtung, in einer Einsetzorientierung, in der die Bajonettsegmente und die Umfangslücken relativ zueinander auf Lücke stehen, in Spannrichtung in die Ausnehmung eingesetzt werden, wobei das Bajonettsegment des Fixierelements durch die Umfangslücke der Ausnehmung in Einsetzrichtung hindurchbewegt werden kann. Die Bajonettsegmente überlappen sich in axialer Richtung, also in Einsetz- bzw. Spannrichtung gesehen. Wird nun das eingesetzte Fixierelement relativ zu der Ausnehmung verdreht, werden die Bajonettsegmente in Umfangsrichtung gegeneinander bewegt, bis sie sich zumindest teilweise überlappen. Dabei werden die an den Bajonettsegmenten angeordneten Umformelemente zumindest teilweise eingefurcht. Vorzugsweise können die Umformelemente in Umfangsrichtung verlaufende Zahnrippen einer Querverzahnung aufweisen, welche in Umfangsrichtung in die korrespondierenden Bajonettsegmente eingefurcht werden.
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Ein besonderer Vorteil der bajonettartigen Ausbildung ist, dass das Fixierelement durch die Ausnehmung hindurch mit der genau definierten Vorspannkraft gegen das Druckstück angepresst werden kann, ohne dass eine nachteilige Beeinflussung durch Kontakt zwischen dem Fixierelement und der Ausnehmung erfolgt, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Unabhängig von der Vorspannkraft kann die Umformkraft durch ein Drehmoment aufgebracht werden, mit dem das Fixierelement in der Ausnehmung verdreht wird. Dadurch stehen die Vorspannkraft und die Umformkraft orthogonal zueinander, so dass eine nachteilige gegenteilige Beeinflussung vermieden werden kann.
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Im fixierten Zustand greifen die zumindest teilweise plastisch eingefurchten bzw. umgeformten Bajonettsegmente ineinander ein und sorgen für eine sichere, belastbare und dauarhafte, bevorzugt unlösbare Verbindung.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass ein Umformmittel eine größere Härte hat als das Material, in das es eingefurcht wird. Eine größere Härte kann durch zumindest partiellen Einsatz eines härteren Materials bereitgestellt werden, beispielsweise auch durch eine Härtung oder Hartbeschichtung. Beispielsweise kann das Fixierelement durchgehend oder zumindest im Bereich von Zahnrippen oder anderen Umformmitteln härter sein als der Außenmantel im Bereich der Ausnehmung, so dass beim Einfurchen die Ausnehmung partiell stärker umgeformt wird als das Fixierelement, oder umgekehrt.
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Es ist möglich, dass die Lenksäule eine, zwei oder mehr erfindungsgemäße Vorspanneinrichtungen aufweist. Dabei können die Ausnehmungen in dem Außenmantel in Längsrichtung hintereinander angeordnet sein, bevorzugt mit Abstand in Längsrichtung. Alternativ oder zusätzlich können Vorspanneinrichtungen in Umfangsrichtung um die Längsachse versetzt angeordnet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein elektrischer Verstellantrieb an dem Außenmantel und dem Innenmantel angreift. Zur Längsverstellung kann als Längs-Verstellantrieb ein motorisch antreibbarer Lineartrieb vorgesehen sein, beispielsweise ein an sich bekannter elektromotorisch antreibbarer Spindeltrieb, der zwischen Außenmantel und Innenmantel eingesetzt ist.
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Die aus Außen- und Innenmantel gebildete Manteleinheit kann in einer mit einer Fahrzeugkarosserie verbindbaren Trageinheit gehalten sein. Diese Manteleinheit kann an der Trageinheit um eine quer zur Längsachse, also orthogonal zur Längsachse liegende Schwenkachse höhenverschwenkbar gelagert ist. Durch die Verschwenkung um diese horizontale Schwenkachse kann eine Höhenverstellung realisiert werden, bei der das am hinteren Ende der Lenkspindel angebrachte Lenkrad in der Höhe relativ zur Fahrerposition eingestellt werden kann.
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Die Höhenverstellung kann manuell erfolgen. Insbesondere zum automatisierten Verstauen der Lenksäule beim autonomen Fahren ist es vorteilhaft, dass ein elektrischer Höhen-Verstellantrieb mit der Trageinheit und der Stelleinheit verbunden ist, von dem die Stelleinheit relativ zur Trageinheit um die Schwenkachse bewegbar ist. Ein Höhen-Verstellantrieb ist an sich ebenfalls bekannt und kann beispielsweise als elektromotorisch angetriebener Spindeltrieb realisiert werden, wie vorangehend für die Längsverstellung beschrieben.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Einstellung einer Lenksäule, die einen Innenmantel aufweist, in dem eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung erstreckte Längsachse drehbar gelagert ist, und der in einem Außenmantel durch die Verstellkraft in Längsrichtung gleitend verstellbar aufgenommen ist, und umfassend eine Vorspanneinrichtung, mit einem von außen in einer Spannrichtung mit einer Vorspannkraft gegen den Innenmantel verspannbaren Druckstück, welches in Längsrichtung an dem Außenmantel gehalten und entgegen der Spannrichtung gegen ein Fixierelement abgestützt ist, das in einer Ausnehmung des Außenmantels fixiert ist,
gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Aufbringen einer Vorspannkraft auf das Fixierelement,
- - Erfassen eines mit der Verstellung korrelierten Messwerts und Vergleichen mit einem Referenzwert,
- - Fixieren des Fixierelements an dem Außenmantel bei Übereinstimmung des Messwerts mit dem Referenzwert innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können sämtliche vorangehend zur Ausführung einer erfindungsgemäßen Lenksäule genannten Vorgehensweisen zum Einsatz kommen.
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Zunächst wird der Innenmantel in dem Außenmantel angeordnet, und das Druckstück in einer bevorzugt als Öffnung ausgebildeten Ausnehmung des Außenmantels positioniert. Anschließend wird das Fixierelement bezüglich der Längsachse radial von außen gegen das Druckstück mit einer Vorspannkraft belastet, beispielsweise durch Einsetzen in die Öffnung, wie oben zu der bajonettartigen Ausführung beschrieben. Vorzugsweise wird die Vorspannkraft linear in Spannrichtung auf das Fixierelement aufgebracht. Das Druckstück wird dabei von dem Fixierelement mit der Vorspannkraft im Gleitkontakt gegen den Innenmantel angepresst.
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Während des Aufbringens der Vorspannkraft wird ein Messwert erfasst, der eine Bewertung ermöglicht, ob die Vorspannung des Druckstücks zur Gewährleistung der geforderten Eigenschaften der Lenksäule eingestellt ist. Beispielsweise kann als Messwert eine Verstellkraft zur Verstellung des Innenmantels in dem Außenmantel gemessen werden. Als Verstellkraft kann die zum teleskopierenden Verstellen des Innenmantels in dem Außenmantel aufzuwendende Verschiebekraft in Längsrichtung gemessen werden. Es ist auch denkbar und möglich, als Messwert eine mit der Verstellkraft korrespondierende Größe zu messen, beispielsweise einen Strom oder eine Spannung eines geeigneten Messwertaufnehmers.
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Ebenfalls ist es in einer Ausführungsvariante möglich, als Messwert die Vorspannkraft selbst zu verwenden. Dies ist möglich, da die wirkende Reibungszahl zwischen dem Druckstück und dem Innenmantel bestimmt werden kann und über diese die Verstellkraft mittels des Coulombsche Reibungsgesetz ermittelt werden kann oder alternativ zuvor durch eine Versuchtsreihe eine Korrelation zwischen Vorspannkraft und Verstellkraft aufgestellt wird.
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Wenn die geforderte Vorspannkraft eingestellt ist, wird diese gehalten, und das Fixierelement an dem Außenmantel fixiert. Vorzugsweise ist dazu vorgesehen, dass das Fixieren durch Aufbringen einer von der Verstellkraft unabhängigen Fixierkraft, bevorzugt einer Umformkraft, auf das Fixierelement relativ zum Außenmantel erfolgt. Bevorzugt haben die Fixierkraft und die Vorspannkraft keine gemeinsame Kraftkomponente. Dadurch kann mit Vorteil die Vorspannkraft während des Fixierens präzise und nicht durch die Fixierkraft beeinflusst festgelegt werden.
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Bevorzugt kann als Fixierkraft eine Umformkraft zwischen dem Fixierelement und dem Außenmantel aufgebracht wird, durch die das Fixierelement und der Außenmantel durch plastische Umformung miteinander verbunden werden, wie dies oben für die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lenksäule beschrieben ist. Ein vorteilhaftes Beispiel ist die Fixierung bei der bajonettartigen Ausgestaltung, bei dem die Vorspannkraft linear radial von außen eingeleitet wird, und die zum Einfurchen erforderliche Umformkraft durch Drehung des Fixierelements in der Ausnehmung des Außenmantels.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 die Lenksäule gemäß 1 in einer weiteren perspektivischen Darstellung,
- 3 eine Detailansicht der Vorspanneinrichtung der Lenksäule gemäß 1 in perspektivischer Darstellung,
- 4 ein Längsschnitt durch eine Vorspanneinrichtung gemäß 3,
- 5 die Vorspanneinrichtung gemäß 3 in einer schematischen auseinander gezogenen Ansicht,
- 6 die Vorspanneinrichtung gemäß 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 schematisch in perspektivischer Ansicht schräg von hinten (bezogen auf die Fahrtrichtung eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs) von oben (1) und von unten (2) dargestellt.
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Die Lenksäule 1 kann an der Karosserie eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mittels einer Trageinheit (Konsole) 2 befestigt werden, die zur Verbindung mit der Karosserie Befestigungsmittel 21 umfasst.
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Eine Manteleinheit 3 umfasst einen Innenmantel 30, auch als Innenmantelrohr oder inneres Mantelrohr bezeichnet, in dem eine Lenkspindel 31 ist um ihre Längsachse L, die sich in Längsrichtung nach vorn erstreckt, drehbar gelagert. Hinten an der Lenkspindel 30 ist ein Befestigungsabschnitt 32 zur Befestigung eines nicht dargestellten Lenkrads ausgebildet.
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Der Innenmantel 31 ist in einem Außenmantel 33, auch als Außenmantelrohr, äußeres Mantelrohr bezeichnet, in Längsrichtung teleskopartig verschiebbar aufgenommen, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet.
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Ein motorischer Längs-Verstellantrieb 4 umfasst eine elektrische Antriebseinheit 41 mit einem Elektromotor, die sich an der Außenmanteleinheit 33 in Längsrichtung abstützt und von der eine sich im Wesentlichen in Längsrichtung erstreckende Gewindespindel (Spindel) 42 drehend antreibbar ist, die in eine bezüglich dazu drehfest angeordnete Spindelmutter 43 eingeschraubt ist, die sich an dem Innenmantelrohr 31 in Längsrichtung abstützt. Dadurch wird ein Rotationsspindeltrieb realisiert, bei dem durch drehenden Antrieb der Gewindespindel 42 der Abstand in Längsrichtung zwischen Antriebseinheit 41 und Spindelmutter 43 verstellbar ist. Durch Aktivierung der Antriebseinheit 41 kann das Innenmantelrohr 31 relativ zur Außenmanteleinheit 33 zur Längsverstellung der Lenksäule 1 teleskopartig ein- oder ausgefahren werden, wie mit einem Doppelpfeil angedeutet ist.
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Ein Höhen-Verstellantrieb 5 ist wie der Längs-Verstellantrieb 4 ebenfalls als elektro-motorischer Spindeltrieb ausgebildet mit einer motorischen Antriebseinheit 51, und einer davon drehend antreibbaren Gewindespindel 52, die in eine Spindelmutter 53 eingeschraubt ist. Der Verstellantrieb 5 ist zwischen der Trageinheit 2 und der Manteleinheit 3 angeordnet, und ermöglicht eine motorische Verstellung der Lenkspindel 30 in Höhenrichtung H.
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Der Außenmantel 33 weist zwei in Längsrichtung mit Abstand voneinander angeordnete erfindungsgemäße Vorspanneinrichtungen 6 auf, die gleich aufgebaut sind.
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Die Vorspanneinrichtung 6 ist in 3 und 6 in perspektivischer Ansicht vergrößert gezeigt. 5 zeigt eine Vorspanneinrichtung 6 in montiertem Zustand, und eine in einer schematischen Explosionsdarstellung. 4 zeigt ausschnittweise einen Längsschnitt durch die Manteleinheit 3 im Bereich einer Vorspanneinrichtung 6.
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Jede Vorspanneinrichtung 6 umfasst eine Ausnehmung in Form einer durch den Außenmantel 33 durchgehenden Öffnung 61, die sich quer zur Längsachse L in der Spannrichtung S erstreckt, welche gleichbedeutend auch als Einsetzrichtung oder Erstreckungsrichtung bezeichnet wird. In der Öffnung 61 sind ein Fixierelement 62, ein als Tellerfeder 63 ausgebildetes Federelement, und ein Druckstück 64 angeordnet.
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In dem Querschnitt von 4 ist erkennbar, dass das Druckstück 64 im Gleitkontakt radial von außen an dem Innenmantel 30 anliegt.
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Das Fixierelement 62 weist auf seinem Außenumfang zwei Bajonettsegmente 621 auf, die sich jeweils über einen Umfangsteilbereich erstrecken und in 5 als schraffierte Umfangsteilbereiche erkennbar sind, und dort in Umfangsrichtung umlaufende, also quer zur Spannrichtung S verlaufende, nach außen vorstehende Zahnrippen 7, die in dem Schnitt von 4 erkennbar sind. Eine Mehrzahl dieser Zahnrippen 7 ist in Spannrichtung S aufeinanderfolgend angeordnet, so dass eine Art geriffelte Querverzahnung ausgebildet ist. Die Bajonettsegmente 621 sind in Umfangsrichtung durch Umfangslücken 622 beabstandet, wie in 5 erkennbar ist.
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Die Öffnung 61 weist auf ihrem Innenumfang zwei Bajonettsegmente 611 auf, die sich jeweils über einen Umfangsteilbereich erstrecken und in 5 als schraffierte Umfangsteilbereiche erkennbar sind. Diese weisen jeweils eine Mehrzahl von in Spannrichtung S verlaufenden Zahnrippen 8 auf, die radial nach innen vorstehen und in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Zwischen den Bajonettsegmenten 611 befinden sich Umfangslücken 612, die als in Spannrichtung S längsverlaufende Nuten in die Innenwandung eingeformt sind.
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Zur Montage wird ein Druckstück 64 in Spannrichtung S von außen die Öffnung 61 eingesetzt, wobei seitlich an dem Druckstück 64 vorstehende Vorsprünge 641 in die Umfangslücken 612 eingreifen und eine formschlüssige Verdrehsicherung erzeugen.
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Anschließend wird die Tellerfeder 63 eingesetzt, die zwischen zwei Beilagscheiben 631 und 632 angeordnet ist.
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Daraufhin wird das Fixierelement 62 in eine Einsetzorientierung gebracht, in der die Bajonettsegmente 621 sich im Umfangsbereich der Umfangslücken 612 der Öffnung 61 befinden. Dadurch, dass der Umfangsteilbereich der Bajonettsegmente 621 kleiner ist als jener der Umfangslücken 612, und der Durchmesser des Grundkörpers des Fixierelements 62 außerhalb der Bajonettsegmente 621 ohne die Zahnrippen 7 kleiner ist als der Durchmesser des Öffnungsquerschnitts zwischen den nach innen vorstehenden Zahnrippen 8 im Umfangsbereich der Bajonettsegmente 611, kann das Fixierelement 62 berührungsfrei in der Spannrichtung S in die Öffnung 61 eingesetzt werden.
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Nun kann von außen eine Vorspannkraft F auf das Fixierelement 62 aufgebracht werden, die über die Tellerfeder 63 und die Beilagscheiben 631 und 632 auf das Druckstück 64 übertragen wird, welches dadurch mit dieser Vorspannkraft F im Gleitkontakt gegen den Innenmantel 30 angepresst wird. Die Vorspannkraft F ist in 5 und 6 schematisch eingezeichnet.
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Wenn der geforderte Wert der Vorspannkraft F erreicht ist, wird das Fixierelement 62 durch Einbringung einer Umformkraft bzw. eines Umformmoments um die Spannrichtung S in der Öffnung 61 verdreht, und dadurch in eine Fixier- oder Verrieglungsorientierung gebracht, wie in 6 mit den gebogenen Pfeilen angedeutet. Dadurch werden die Bajonettsegmente 621 des Fixierelements 62 mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Umformkraft bis in die Bajonettsegmente 611 der Öffnung 61 bewegt. Dabei werden die Zahnrippen 7 der Bajonettsegmente 621 im Bereich der Bajonettsegmente 611 in die Innenwandung der Öffnung 61 plastisch eingefurcht. Dadurch wird eine plastische Umformung erzeugt, die eine unlösbare plastische Verbindung des Fixierelements 62 in der Öffnung 61 erzeugt. Dadurch wird das Druckstück 64 dauerhaft und unlösbar mit der durch die Tellerfeder 63 erzeugten Vorspannkraft F gegen den Innenmantel 30 verspannt.
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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Druckstück 64 Rastelemente 642 aufweist, so dass die Tellerfeder 63 und die Beilagscheiben 631 und 632 vor dem Einsetzen in die Öffnung 61 an dem Druckstück 64 vormontiert werden und durch die Rastelemente 642 an dem Druckstück 64 gehalten sind. Die Beilagscheiben 631 und 632 dienen der sicheren Fixierung der Tellerfeder 63 an dem Druckstück 64 und zur verbesserten Kraftverteilung, diese sind somit vorteilhaft und können fakultativ eingesetzt werden. Es können auch andere Typen von Federn mit der Tellerfeder kombiniert werden, oder diese anstelle Tellerfeder vorgesehen sein. Weiters können auch mehr als eine Tellerfeder vorgesehen sein, ein sogenanntes Tellerfederpaket.
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Die Ausbildung des Druckstücks 64 und der Tellerfeder 63 und der Beilagscheiben 631 und 632 ist nicht untrennbar mit der Ausbildung des Fixierelements 62 und deren Fixierung im Außenmantel 33 verknüpft und kann entsprechend abweichend ausgebildet sein. Somit ist es denkbar und möglich, dass das Fixierelement ohne Zwischenschaltung einer Tellerfeder und Beilagscheiben direkt auf das Druckstück wirkt oder das Druckstück und das Fixierelement als ein einstückig integrales Bauteil ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Trageinheit
- 21
- Befestigungsmittel
- 3
- Manteleinheit
- 30
- Innenmantel
- 31
- Lenkspindel
- 32
- Befestigungsabschnitt
- 33
- Außenmantel
- 4, 5
- Verstellantrieb
- 41, 51
- Antriebseinheit
- 42, 52
- Gewindespindel
- 43, 53
- Spindelmutter
- 6
- Vorspanneinrichtung
- 61
- Öffnung
- 611
- Bajonettsegment
- 612
- Umfangslücken
- 62
- Fixierelement
- 621
- Bajonettsegmente
- 622
- Umfangslücken
- 63
- Tellerfeder
- 631
- Beilagscheibe
- 632
- Beilagscheibe
- 64
- Druckstück
- 641
- Vorsprung
- 642
- Rastelement
- 641
- Vorsprünge
- 7,8
- Zahnrippen
- L
- Längsachse
- S
- Spannrichtung
- F
- Vorspannkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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