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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Manteleinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse drehbar gelagert ist, und die mindestens zwei in Längsrichtung relativ zueinander teleskopartig verstellbare Mantelrohre aufweist, umfassend eine Rollenführung mit mindestens einem Lagerträger, der an einem ersten Mantelrohr radial verlagerbar ist, und in dem mindestens eine Rolle um eine quer zur Längsachse liegende Rollenachse drehbar gelagert ist, und die Rolle mit ihrem Außenumfang an einem zweiten Mantelrohr in Längsrichtung abrollbar ist, wobei eine Vorspanneinrichtung mit dem Lagerträger zusammenwirkt, um die Rolle gegen das zweite Mantelrohr vorzuspannen.
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Eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug weist eine Manteleinheit auf, in der eine Lenkspindel um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. An dem in Fahrtrichtung hinteren, dem Fahrer zugewandten Ende der Lenkspindel ist ein Lenkrad oder eine andere manuelle Lenkhandhabe zur Einbringung eines Lenkbefehls durch den Fahrer angebracht. Die Manteleinheit wird von einer an der Fahrzeugkarosserie befestigten Trageinheit gehalten. Durch eine Verstellung der Manteleinheit relativ zur Trageinheit kann die Lenkradposition relativ zur Fahrzeugkarosserie eingestellt werden.
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Eine Längsverstellung, bei der das Lenkrad in Längsrichtung, d. h. axial in Richtung der Längsachse relativ zur Fahrerposition nach hinten oder nach vorn verstellt werden kann, wird durch eine teleskopartige Ausgestaltung der Manteleinheit ermöglicht. Eine derartige Teleskopanordnung kann in einer einfachen Ausführung ein inneres Mantelrohr oder Innenmantelrohr aufweisen, das in Längsrichtung in ein äußeres Mantelrohr oder Außenmantelrohr axial verstellbar eintaucht. Bei einem Mehrfach-Teleskop können zwischen einem äußeren und einem inneren Mantelrohr zusätzlich ein oder mehrere teleskopierbare Zwischenmantelrohre eingefügt sein. Neben der Längsverstellung ist ein weiterer Vorteil, dass die Lenksäule im Fall eines Crashs in Längsrichtung zusammengeschoben werden kann, wodurch wirksam verhindert wird, dass die Lenksäule in das Innere der Fahrgastzelle eindringt und zu Verletzungen der Insassen führt.
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Um eine leicht verstellbare, und dabei zugleich eine möglichst spielarme und steife Teleskopanordnung zu realisieren, ist im Stand der Technik beispielsweise in der
US 2019 / 0 061 804 A1 beschrieben, zwischen den verstellbaren Mantelrohren eine lineare Rollenführung anzuordnen. Diese weist bevorzugt mehrere Rollen auf, die jeweils an einem ersten Mantelrohr gehalten und um ihre quer zur Längsachse liegende Rollenachse drehbar gelagert sind, und mit ihrem Außenumfang auf einem zweiten, benachbarten Mantelrohr in Längsrichtung abrollbar sind. Beispielsweise kann das ersten Mantelrohr ein äußeres Mantelrohr sein, und das zweite Mantelrohr ein darin teleskopierbar angeordnetes Innen- oder Zwischenmantelrohr. Dadurch, dass zumindest eine Rolle in einem Lagerträger gelagert ist, der in radialer Richtung relativ zum ersten Mantelrohr bewegbar ist, und der dabei von einer Vorspanneinrichtung mit einer Vorspannkraft radial belastet wird, kann die Rolle spielfrei im Rollkontakt mit dem zweiten Mantelrohr vorgespannt werden.
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Die bekannte Vorspanneinrichtung weist eine radial in eine Gewindebohrung in dem ersten Mantelrohr eingeschraubte Einstellschraube auf, die über ein Federelement die radiale Vorspannkraft elastisch auf den Lagerträger und damit auf die Rolle ausübt. Vorteilhaft ist dabei, dass der radial bewegliche Lagerträger eine Spielfreistellung ermöglicht, die durch die elastische Vorspannung selbsttätig aufrecht erhalten werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass ein relativ großer Bauraum benötigt wird, wodurch die Vorspanneinrichtung praktisch ausschließlich an einem Außenmantelrohr angeordnet sein kann.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen geringeren Bauraumbedarf und eine flexiblere Anordnung zu ermöglichen.
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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. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Manteleinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse drehbar gelagert ist, und die mindestens zwei in Längsrichtung relativ zueinander teleskopartig verstellbare Mantelrohre aufweist, umfassend eine Rollenführung mit mindestens einem Lagerträger, der an einem ersten Mantelrohr radial verlagerbar ist, und in dem mindestens eine Rolle um eine quer zur Längsachse liegende Rollenachse drehbar gelagert ist, und die Rolle mit ihrem Außenumfang an einem zweiten Mantelrohr in Längsrichtung abrollbar ist, wobei eine Vorspanneinrichtung mit dem Lagerträger zusammenwirkt, um die Rolle gegen das zweite Mantelrohr vorzuspannen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Lagerträger an dem ersten Mantelrohr gegen die Längsachse schräg geneigt geführt ist, und die Vorspanneinrichtung ausgebildet ist, um eine Axialkraft auf den Lagerträger auszuüben.
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Erfindungsgemäß ist eine Führungseinrichtung vorgesehen, mittels der der Lagerträger relativ zum ersten Mantelrohr gegen die Längsachse schräg geneigt geführt ist. Dabei ist der Lagerträger an dem ersten Mantelrohr bevorzugt zwangsgeführt entlang einer Führungsbahn, die in axialer Richtung gesehen relativ zur Längsachse geneigt verlauft, d.h. einen Neigungswinkel α (alpha) einschließt mit 0° < α < 90°. Die Führungsbahn kann einen zumindest abschnittweise linearen, oder auch einen kurvenförmig gebogenen Verlauf haben. Wird der Lagerträger in Längsrichtung, d.h. axial relativ zum ersten Mantelrohr bewegt, wird durch die schräge Zwangsführung in eine radiale Bewegungskomponente erzeugt, wobei die Rolle quer zu ihrer Rollenachse radial nach innen oder nach außen bewegt wird. Entsprechend der Umlenkung der Bewegungsrichtung wird auch eine eingeleitete Axialkraft in eine auf den Lagerträger wirkende Radialkraft umgesetzt, welche die Rolle radial in den Rollkontakt mit dem zweiten Mantelrohr anpressen kann. Dadurch kann eine spielfreie, vorgespannte Rollenführung realisiert werden.
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Dadurch, dass die Vorspanneinrichtung erfindungsgemäß wie beschrieben eine Umlenkeinrichtung aufweist, kann die Vorspanneinrichtung primär zur Erzeugung einer Axialkraft ausgelegt werden. Eine geeignete Krafterzeugungseinrichtung kann in axialer Richtung angeordnet sein, so dass eine Axialbauweise mit kleineren Abmessungen in radialer Richtung realisiert werden kann, und insgesamt ein kleinerer Bauraum erforderlich ist.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Axialbauweise der Vorspanneinrichtung ist, dass der Lagerträger und die Vorspanneinrichtung als Ganzes innerhalb eines gegebenen Mantelrohrquerschnitts angeordnet werden können, beispielsweise bei dem eingangs genannten Beispiel zum Stand der Technik innerhalb des Außenmantelrohrs. Im Unterschied zum Stand der Technik ist auch keine radiale Durchbrechung der Mantelrohrwandung zur Aufnahme der Vorspanneinrichtung erforderlich, und dadurch ist kein zusätzlicher radialer Bauraum auf der Seite des Lagerträgers oder des ersten Mantelrohrs erforderlich, welche der vorgespannten Rolle radial abgewandt ist. Dadurch ist erstmals die Möglichkeit gegeben, die Rollenführung eines oder mehrerer in der Teleskopanordnung innerhalb eines Außenmantelrohr innen liegenden Zwischen- oder Innenmantelrohre spielfrei zu stellen, ohne Bauraum außerhalb des Außenmantelrohrs zu beanspruchen.
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Es ist außerdem vorteilhaft, dass durch die Vorspanneinrichtung ein definiertes Kraftübersetzungsverhältnis bereitgestellt werden kann, welches angibt, in welchem Kraft-Weg-Verhältnis eine über einen gegebenen Axialweg eingeleitete Axialkraft in eine über einen Radialweg des Lagerträgers wirksame Radialkraft umgesetzt wird. Dabei gilt im Grundsatz, dass das Produkt von Kraft und Weg konstant ist, wobei ein Neigungswinkel α=45° einer Übersetzung von 1:1 entspricht. Ein flacherer Neigungswinkel α<45° bewirkt eine relativ zur Axialkraft höhere Radialkraft. Dadurch ist eine relativ geringe Axialkraft erforderlich, um die Rolle mit einer ausreichenden Vorspannung radial gegen das zweite Mantelrohr anzupressen. Entsprechend kann eine klein dimensionierte, bauraumsparende Krafterzeugungseinrichtung eingesetzt werden.
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Es ist möglich, durch die Richtung, in der die Führung des Lagerträgers geneigt ist, vorzugeben, ob die eingeleitete Axialkraft den Lagerträger radial nach außen oder nach innen belastet. Dabei gilt, dass, wenn sich der Neigungswinkel α - in Richtung der Axialkraft gesehen - öffnet, der Lagerträger durch die Axialkraft radial nach außen aufgespreizt wird, also die Rolle oder die Rollen radial nach außen vorgespannt werden. Entsprechend können die Rollen radial nach innen belastet werden, wenn die Axialkraft in Richtung eines zusammenlaufenden Neigungswinkel α ausgeübt wird.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Lagerträger und das erste Mantelrohr miteinander korrespondierende, konisch angeordnete Führungsflächen aufweisen. Die konischen Führungsflächen, auch als Keil- oder Konusflächen bezeichnet, bilden im Längsschnitt gesehen eine keilförmige Anordnung, und sind dabei mit einem Neigungswinkel α gegen die Längsachse geneigt, der dem halben Kegelwinkel entspricht. Die Führungsflächen weisen bevorzugt jeweils eine koaxial zur Längsachse ausgerichtete Innen- und Außenkonusfläche auf, die sich bevorzugt jeweils zumindest über einen umfangsabschnitt erstrecken kann. Die Konusflächen sind axial gegenüberliegend derart am ersten Mantelrohr und am Lagerträger angeordnet, dass sie zumindest abschnittweise gleitend gegeneinander anliegen können. Beispielsweise kann an dem ersten Mantelrohr ein Außenkonus ausgebildet sein, der durch die Axialkraft in einen korrespondierenden Innenkonus des Lagerträgers eingepresst wird. Dadurch kann der Lagerträger radial aufgespreizt werden, und die an dem Lagerträger gelagerte Rolle oder die Rollen können radial nach außen gegen eine Innenwandung des zweiten Mantelrohrs verspannt werden. Ein Vorteil der konischen Führungsflächen ist, dass sie mit geringem Aufwand gefertigt und in dem Lagerträger und dem Mantelrohr integriert werden können. Außerdem ist die Anordnung funktionssicher und montagefreundlich.
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Es ist gleichfalls denkbar und möglich, an dem ersten Mantelrohr einen Innenkonus anzuordnen, und an dem Lagerträger einen darin eintauchenden Außenkonus. Durch die Axialkraft kann der Lagerträger radial nach innen belastet werden, so dass die Rolle oder die Rollen radial von außen gegen ein innerhalb des ersten Mantelrohrs angeordnetes zweites Mantelrohr angepresst werden.
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Die keilförmige oder konische Führungsfläche weist bevorzugt einen linearen oder gewölbten Verlauf auf, sprich die Spur der Führungsfläche in einem Querschnitt ist ein linearer Verlauf oder ein kurviger Verlauf. Somit kann das Vorspannverhalten der erfindungsgemäßen Anordnung einfach an die Anforderungen angepasst werden.
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Es ist mit Vorteil möglich, dass mindestens eine Führungsfläche an dem Mantelrohr plastisch angeformt ist. Eine konisch angeordnete Führungsfläche kann durch plastische Umformung der Rohrwandung einstückig an einem Mantelrohr erzeugt werden, beispielsweise durch Kalt- oder Warmumformung, wie Pressen, Schmieden, Hämmern oder dergleichen. Das Mantelrohr kann, zumindest im Bereich der Führungsfläche, bevorzugt aus einem metallischem Material ausgebildet sein, vorzugsweise aus Stahl, der eine rationelle plastische Umformung ermöglicht. Ein Vorteil der plastischen Umformung ist der geringe Herstellungsaufwand. Außerdem kann eine vorteilhafte Materialverfestigung erzeugt werden. Gegebenenfalls kann eine Nachbearbeitung erfolgen, beispielsweise durch Schleifen oder dergleichen.
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Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Führungsfläche außen an einem inneren Mantelrohr oder innen an einem äußeren Mantelrohr ausgebildet ist. Eine jeweils damit korrespondierende Führungsfläche kann entsprechend innen oder außen an einem Lagerträger angeordnet sein. Es ist vorteilhaft im Hinblick auf einen einfachen und zuverlässigen Aufbau und einen geringen Fertigungsaufwand, dass eine Führungsfläche jeweils einstückig am Mantelrohr und/oder am Lagerträger ausgebildet ist, beispielsweise als Konus- oder Keilfläche.
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Eine vorteilhafte Realisierung kann dadurch erfolgen, dass der Lagerträger ringförmig ausgebildet ist, und zumindest abschnittweise koaxial bezüglich der Längsachse angeordnet ist. Der Lagerträger kann beispielsweise eine durchgehend umlaufende Führungsfläche oder abschnittweise ausgebildete Führungsflächen aufweisen, beispielsweise wie vorangehend beschrieben Konus- oder Keilflächen. Dabei kann ein Innenkonus realisiert sein, so dass Lagerträger durch den mit der Axialkraft belasteten korrespondierenden Außenkonus am ersten Mantelrohr radial aufgeweitet oder aufgespreizt wird, und die Rolle oder die Rollen radial gegen die Innenwandung eines das erste Mantelrohr umgebenden zweiten Mantelrohrs vorgespannt werden. Um die dazu erforderliche radiale Aufweitung zu ermöglichen, kann der Lagerträger einen radial verformbaren Ringträger oder Trägerkörper aufweisen. Hierzu kann der Lagerträger eine offene Ringform haben, d.h. einen in Umfangsrichtung unterbrochenen Ringträger oder Trägerkörper aufweisen. Der Lagerträger kann beispielsweise eine C-förmige Grundform aufweisen, oder segmentartige Ringabschnitte. Bevorzugt kann der Lagerträger in sich elastisch verformbar sein, so dass die freien Schenkel radial nach innen oder außen elastisch biegbar sind, so dass der Durchmesser des Lagerkörpers veränderbar ist. Jeweils ein oder bevorzugt mehrere Rollen können, bevorzugt über den Umfang verteilt, an einem Lagerträger gelagert oder über mehrere Lagerträger verteilt sein. Ein ringförmiger Lagerträger ist mit geringem Aufwand montierbar, wobei die Rollen und die Führungsflächen bei An- oder Aufsetzen auf das erste Mantelrohr bereits optimal positioniert sind.
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Zusätzlich oder anstelle einer Unterbrechung kann der Ringträger oder Trägerkörper mindestens einen in Umfangsrichtung durchgehenden, dabei aber verformbaren Umfangsabschnitt aufweisen, beispielsweise durch einen folienartig verdünnten Abschnitt. Dieser ermöglicht ebenfalls eine Durchmesserveränderung des Lagerkörpers zum Verspannen.
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Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Rolle radial federnd von dem Lagerträger gehalten ist. Beispielsweise kann der Lagerträger wie bei der vorangehenden Ausführung in sich radial elastisch ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Drehlagerung einer Rolle radial elastisch in dem Lagerträger angeordnet sein, so dass die Rolle relativ zum Lagerträger federnd bewegbar ist. Durch die radial federnde Lagerung kann die auf die Rolle oder die Rollen wirkende radiale Vorspannkraft durch den Lagerträger erzeugt werden, wodurch ein einfacher Aufbau ermöglicht wird, der ohne weitere Krafterzeugungseinrichtungen auskommen kann.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Rollen über den Umfang verteilt angeordnet ist. Mindestens zwei, bevorzugt drei oder mehr Rollen, die bevorzugt gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, bieten den Vorteil einer gleichmäßigen, spielfreien und belastbaren Führung, bei einer hohen Steifigkeit der Manteleinheit. Drei Rollen ermöglichen eine vorteilhafte selbständige Zentrierung der Rollenführung.
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Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass an dem Mantelrohr ein axial feststehendes, radial vorstehendes Widerlager angebracht ist, gegen das ein Lagerträger axial abgestützt ist. Der Lagerträger kann sich auf seiner dem ersten Mantelrohr abgewandten Axialseite gegen das Widerlager abstützen. Ein elastisches Vorspannelement, beispielsweise ein axial wirkendes Federelement, kann zwischen dem Widerlager und dem zugeordneten Lagerträger vorgespannt eingesetzt sein, so dass es seine Federkraft als Axialkraft auf den Lagerträger ausübt. Um die Axialkraft sicher abstützen zu können, kann das Widerlager formschlüssig an dem Mantelrohr angebracht sein, beispielsweise als Haltering, der formschlüssig in eine in den Umfang des ersten Mantelrohrs eingebrachte Nut eingeschnappt sein kann. Axial zwischen dem Widerlager und dem Lagerträger kann ein Federelement angeordnet sein. Dieses bildet ein elastisches Krafterzeugungs- oder Vorspannelement und kann bevorzugt ringförmig ausgebildet und koaxial zur Längsachse angeordnet sein, beispielsweise als Schraubenfeder, Tellerfeder, Wellfeder oder dergleichen, auch als Federpaket aus einer Mehrzahl von axial gestapelten Federelementen. Eine derartige Anordnung kann in einem Ringspalt zwischen erstem und zweiten Mantelrohr untergebracht sein, so dass eine vorteilhaft kompakte Bauweise ermöglicht wird. Dabei kann das erste Mantelrohr innerhalb des zweiten Mantelrohrs angeordnet sein, so dass die Rolle oder die Rollen radial nach außen, im Rollkontakt gegen die Innenseite des zweiten Mantelrohrs vorgespannt werden. Alternativ ist es möglich, die Rollen nach innen gegen die Außenseite eines innerhalb des ersten Mantelrohrs angeordneten zweiten Mantelrohrs vorzuspannen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung kann sein, dass zwei Lagerträger axial beabstandet spiegelbildlich an einem Mantelrohr angeordnet sind. In bezüglich einer zur Längsachse senkrechten Spiegelebene der spiegelbildlichen Anordnung sind die auf die beiden Lagerträger ausgeübten Axialkräfte gegeneinander gerichtet. Dadurch wird eine einfache Montage durch Aufbringen der Lagerträger auf die freien Enden des ersten Mantelrohrs. ermöglicht. Dadurch, dass die beiden Lagerträger, und damit die beiden Vorspanneinrichtungen einen axialen Abstand voneinander haben, kann eine vorteilhaft hohe Biegesteifigkeit der Manteleinheit realisiert werden.
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Es kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass das erste Mantelrohr ein inneres Mantelrohr ist, und die Rolle radial nach außen gegen ein äußeres Mantelrohr vorgespannt ist. Ein inneres Mantelrohr bildet dann ein erstes Mantelrohr im Sinne der Erfindung, und kann ein Innen- oder Zwischenmantelrohr sein, welches koaxial in einem äußeren Mantelrohr, welches ein zweites Mantelrohr bildet und ein Außenmantelrohr oder einem anderes Zwischenmantelrohr sein kann, angeordnet ist. In jedem Fall werden die Rolle oder die Rollen radial nach außen gegen eine Innenwandung des Außen- oder Zwischenmantelrohrs vorgespannt, welches das innere Mantelrohr umgibt. Die erfindungsgemäße Axialbauweise der Vorspanneinrichtung ermöglicht eine Vorspannung der Rollenführung innenliegender Mantelrohre, was im Stand der Technik nicht möglich ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Steifigkeit der Manteleinheit erhöht werden, auch bei Mehrfach-Teleskopanordnungen, oder wenn kein Bauraum außerhalb des äußeren Mantelrohrs beansprucht werden soll.
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Es ist auch denkbar und möglich, dass das erste Mantelrohr ein äußeres Mantelrohr ist, und die Rolle radial nach außen gegen ein inneres Mantelrohr vorgespannt ist. Dabei bildet das äußere Mantelrohr ein erstes Mantelrohr und kann ein Außenmantelrohr oder ein Zwischenmantelrohr sein, in dem als zweites Mantelrohr ein Innen- oder Zwischenmantelrohr angeordnet ist. Dadurch ergeben sich erweiterte Einsatzmöglichkeiten.
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Es ist möglich, dass die Manteleinheit drei oder mehr teleskopierbare Mantelrohre aufweist. Dadurch wird ein Mehrfach-Teleskop gebildet, bei dem zwischen dem Außenmantelrohr und dem Innenmantelrohr ein oder mehrere Zwischenmantelrohre teleskopierbar angeordnet sind. Es ist möglich, dass eines oder mehrere der Mantelrohre jeweils erfindungsgemäß mit mindestens einem Lagerträger zusammenwirken. Dadurch können auch innenliegende Rolleführungen vorgespannt werden, wodurch die Steifigkeit der Manteleinheit von Mehrfach-Teleskopanordnungen erhöht werden kann.
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Eine kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass ein Lagerträger ein Kunststoff-Formteil aufweist. Das Kunststoff-Formteil kann als Trägerkörper für die Rollen ausgebildet sein, und kann Drehlager für die Rollen aufweisen. Derartige Drehlager können bevorzugt einstückig ausgebildet sein, beispielsweise ein- oder angeformt, beispielsweise als Lageröffnungen für Achszapfen der Rollen, oder in Öffnungen der Rollen eingreifende Lagerzapfen, oder dergleichen. Durch den Kunststoff kann eine wartungsfreie und leichtgängige Lagerung realisiert werden, beispielsweise für metallische Lagerzapfen oder Rollenachsen. Außerdem kann eine Führungsfläche aus Kunststoff sicher und leicht auf einer korrespondierenden Führungsfläche an dem ersten Mantelrohr gleiten, welches bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff wie Stahl oder dergleichen ausgebildet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein hinreichend elastischer Kunststoff eine elastische Verformung des Lagerträgers bei der Verspannung der Rollen zulässt.
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Bevorzugt kann ein Lagerträger ein einstückiges Kunststoff-Spritzgussteil aufweisen oder als solches ausgebildet sein, welches rationell im Kunststoff-Spritzguss gefertigt werden kann.
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Die Mantelrohre können einen kreisrunden oder einen mehreckigen Querschnitt haben, beispielsweise drei-, vier-, sechs- oder achteckig. Bei einem kreisrunden Querschnitt können die Führungsflächen Konusmantelabschnitte aufweisen. Bei einem mehreckigen Querschnitt können die Führungsflächen keilförmig ausgebildet sein, und ebene Abschnitte aufweisen.
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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 die erfindungsgemäßen Lenksäule in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 2 die Lenksäule gemäß 1 in einer teilweise geöffneten schematischen Ansicht,
- 3 einen teilweisen Längsschnitt durch die Lenksäule gemäß 1,
- 4 einen Querschnitt B-B gemäß 3,
- 5 einen Querschnitt D-D gemäß 3.
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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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1 zeigt eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 bezüglich der Fahrtrichtung in einer Seitenansicht, wobei die Fahrtrichtung nach rechts weist. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht schräg nach vorn.
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Die Lenksäule 1 weist eine Manteleinheit 2 auf, die ein in Längsrichtung entlang einer Längsachse L erstrecktes Innenmantelrohr 21 aufweist, welches koaxial, in Längsrichtung teleskopierbar in einem Zwischenmantelrohr 22 angeordnet ist, welches einerseits ebenfalls koaxial, in Längsrichtung teleskopierbar in einem Außenmantelrohr 23 angeordnet ist, das auch kurz als Außenmantel 23 bezeichnet wird.
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In der Manteleinheit 2 ist eine Lenkspindel 3 um die Längsachse L drehbar gelagert. An ihrem in Fahrtrichtung hinterem, in den 1 und 2 nach links weisenden Ende weist die Lenkspindel 3 einen Befestigungsabschnitt 31 auf, zur Anbringung eines hier nicht dargestellten Lenkrads oder einer anderen manuellen Lenkhandhabe.
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Zwischen dem Innenmantelrohr 21 und dem Außenmantelrohr 23 ist ein elektromotorischer Verstellantrieb 4 angeordnet, der als Spindeltrieb ausgestaltet ist. Dieser umfasst eine an dem Außenmantelrohr 23 festgelegte Antriebseinheit 41, welche eine - hier nicht explizit dargestellte - Spindelmutter aufweist, die von einem elektrischen Motor um die Gewindeachse drehend antreibbar ist, und in die eine Gewindespindel 42 eingreift. Mit ihrem freien Ende ist die Gewindespindel 42 drehfest und in Längsrichtung fix an dem Innenmantelrohr 21 verbunden. Durch drehenden Antrieb der Spindelmutter kann die Gewindespindel 42 je nach Drehrichtung relativ zur Antriebseinheit 41 vor oder zurück bewegt werden, wie mit dem Doppelpfeil in 1 angedeutet ist. Dadurch können das Innenmantelrohr 21, das Zwischenmantelrohr 22 relativ zum Außenmantel 23 in Längsrichtung teleskopierend ein- oder ausgefahren werden.
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Zwischen dem Innenmantelrohr 21 und dem Zwischenmantelrohr 22 sind insgesamt zwei Ausführungen einer erfindungsgemäßen Vorspanneinrichtung 5 angebracht, die gleichartig aufgebaut sind und axial beabstandet, bezüglich einer zur Längsachse L senkrechten Spiegelebene spiegelbildlich ausgebildet und angeordnet sind. Zur besseren Darstellung ist in 2 in derselben Ansicht wie in 1 das Zwischenmantelrohr 22 weggelassen, so dass ein Blick ins Innere freigegeben wird. 3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Längsachse L, und 4 einen Querschnitt D-D aus 3.
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Eine Vorspanneinrichtung 5 weist jeweils einen Lagerträger 51 auf, der ringförmig ausgebildet und koaxial zur Längsachse L angeordnet ist. Der Lagerträger kann eine offene Ringform haben, beispielsweise C-förmig mit einem durchgehenden Spalt 52. Es kann auch - wie in 2 und 4 dargestellt - eine geschlossene Ringform gebildet sein, wobei der Spalt 52 in Umfangsrichtung von einem in Umfangsrichtung elastischen Ausgleichselement 53 überbrückt ist, beispielsweise einen verformbaren Abschnitt, einem Federelement oder dergleichen.
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In dem Lagerträger 5 sind drei Rollen 6 um ihre tangential zum Umfang, quer zur Längsachse L liegenden Rollenachsen 61 drehbar gelagert. Die Rollen 6 liegen mit ihrem Außenumfang an der Innenwandung des Zwischenmantelrohrs 22 an, und sind daran in Längsrichtung abrollbar.
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Der Lagerträger 51 weist eine Führungsfläche auf, die als zur Längsachse L koaxialer Innenkonus 54 ausgebildet ist. Dieser liegt axial gegen eine korrespondierende, an dem Innenmantelrohr 21 als Außenkonus 24 ausgebildete Führungsfläche an. Diese konischen Führungsflächen 54 und 24 sind gegen die Längsachse L erfindungsgemäß schräg geneigt, nämlich um den Neigungswinkel a, der in 3 eingezeichnet ist, und der dem halben Kegelwinkel des Innenkonus 54 bzw. des Außenkonus 24 entspricht.
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Auf seiner dem Innenkonus 54 abgewandten, axial äußeren Stirnseite ist der Lagerträger 51 in Längsrichtung über ein Federelement 55 gegen ein in Längsrichtung fest an dem Innenmantelrohr 21 angebrachtes Widerlager 56 axial abgestützt. Das Widerlager 56 kann beispielsweise durch einen außen an dem Innenmantelrohr 21 angebrachten, radial nach außen vorstehenden Haltering gebildet sein, der beispielsweise formschlüssig in eine Haltenut eingerastet sein kann, so dass er in Längsrichtung an dem Zwischenmantelrohr 22 sicher fixiert ist.
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Das Federelement 55 kann bevorzugt eine koaxiale, ringförmige, axial wirkende Feder umfassen, beispielsweise eine Tellerfeder, Wellfeder oder dergleichen, oder ein Federpaket aus einer Mehrzahl von axial gestapelten Federn.
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Das Federelement 55 bildet ein Krafterzeugungselement und ist dazu an dem Widerlager 56 axial abgestützt und derart vorgespannt, dass es eine elastische Axialkraft auf den Lagerträger 51 ausübt. Mit dieser Axialkraft wird der Innenkonus 54 auf den Außenkonus 24 an dem Zwischenmantelrohr 22 axial aufgepresst, wie in 4 mit den Pfeilen angedeutet ist. Durch die Konus- oder Keilwirkung wird die Axialkraft in eine den Lagerträger 51 radial aufspreizende oder aufweitende Radialkraft umgesetzt. Dabei werden die Rollen 6 radial nach außen belastet und somit in ihrem Rollkontakt gegen die Innenwandung des Zwischenmantelrohrs 22 vorgespannt.
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Wie in 3 erkennbar ist, sind zwei Vorspanneinrichtungen 5 axial beabstandet, spiegelbildlich angeordnet. Entsprechend wirken die Axialkräfte entgegengesetzt, wie mit den aufeinander zu weisenden Pfeilen angedeutet ist.
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Das Zwischenmantelrohr 22 hat im gezeigten Beispiel einen mehreckigen, konkret einen achteckigen Querschnitt. Das darin teleskopierbare Innenmantelrohr 21 hat einen kreisrunden Querschnitt, der aber auch achteckig sein könnte.
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Wie in 3 und in dem Querschnitt von 5 dargestellt ist, ist das Zwischenmantelrohr 22 in dem Außenmantelrohr 23 ebenfalls in einer Rollenlagerung linear geführt. Diese umfasst Rollen 71, die um quer zur Längsachse L liegende Rollenachsen 72 jeweils in einem Lagerträger 73 drehbar gelagert sind. Dadurch, dass der Lagerträger 73 in dem Außenmantelrohr 23 radial geführt und federbelastet ist, kann eine vorgespannte, spielfreie Wälzlagerführung erzeugt werden.
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Der Lagerträger 51 kann bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet sein, bevorzugt als einstückiges Kunststoff-Spritzgussteil. Es kann in sich radial nachgiebig ausgestaltet sein, so dass es zum Aufbringen der Vorspannung auf die Rollen 6 wie oben beschrieben radial aufgeweitet werden kann. Die Rollenachsen 61 können aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Stahl ausgebildet sein.
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Die Mantelrohre 21, 22 und 23 können bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein, beispielsweise aus Stahl, Aluminiumlegierungen oder dergleichen. Dabei kann der Außenkonus 24 einstückig durch plastische Umformung an dem Innenmantelrohr 21 ausgebildet sein, beispielsweise durch Innenhochdruckumformung oder dergleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Manteleinheit
- 21
- Innenmantelrohr
- 22
- Zwischenmantelrohr
- 23
- Außenmantelrohr
- 24
- Außenkonus
- 3
- Lenkspindel
- 31
- Befestigungsabschnitt
- 4
- Verstellantrieb
- 41
- Antriebseinheit
- 42
- Gewindespindel
- 5
- Vorspanneinrichtung
- 51
- Lagerträger
- 52
- Spalt
- 53
- Ausgleichselement
- 54
- Innenkonus
- 55
- Federelement
- 56
- Widerlager
- 6
- Rolle
- 61
- Rollenachse
- 7
- Rollenlagerung
- 71
- Rolle
- 72
- Rollenachse
- 73
- Lagerträger
- L
- Längsachse
- α
- Neigungswinkel