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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere für
einen Personenkraftwagen.
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Aus der
DE-PS 17 55 211 ist eine Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug
bekannt, die eine teleskopierbare Lenkspindel aufweist. Die Lenkspindel
besteht aus einem lenkradnahen oberen Spindelteil und aus einem
lenkradfernen unteren Spindelteil, wobei diese Spindelteile ineinandergesteckt
und oberhalb einer axialen Auslösekraft
relativ zueinander teleskopartig axial verschiebbar sind. Bei der
bekannten Sicherheitslenksäule
ist das obere Spindelteil in einem Mantelrohr drehbar gelagert,
wobei sich das obere Spindelteil über ein lenkradnahes oberes Lager
und über
ein lenkradfernes unteres Lager am Mantelrohr abstützt.
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Die
DE-PS
19 47 892 zeigt ebenfalls eine Sicherheitslenksäule mit
teleskopierbarer Lenkspindel, die in einem Mantelrohr drehbar gelagert
ist. Bei dieser Sicherheitslenksäule
ist die Lagerung zwischen Lenkspindel und Mantelrohr so ausgebildet,
daß einerseits
das obere Spindelteil mit einem oberen Lager am Mantelrohr abgestützt ist
und andererseits das untere Spindelteil mit einem unteren Lager
am Mantelrohr abgestützt
ist.
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Für
eine Lenksäule
wird eine spielfreie und reibungsarme Lagerung gefordert. Bei der
DE 198 03 200 A1 ist
eine Lenksäule,
deren Lenkspindel nicht teleskopierbar ist, mit einem oberen und
mit einem unteren Lager in einem Mantelrohr gelagert, wobei die
beiden Lager als Schrägkugellager ausgestaltet sind.
Diese Schrägkugellager
sind mit entsprechenden Vorspannmitteln axial vorgespannt, wodurch sich
die geforderte Spielfreiheit ergibt. Solche Schrägkugellager besitzen relativ
geringe Reibungswerte.
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Aus der
DE 196 04 036 A1 ist eine
weitere Lenksäule
bekannt, deren nicht teleskopierbare Lenkspindel mit zwei vorgespannten
Radialkugellagern im Mantelrohr gelagert ist. Um derartige Radialkugellager
spielfrei an der Lenkspindel anbringen zu können, werden diese mit einem
Preßsitz
auf die Lenkspindel aufgebracht. Derartige Radialkugellager zeichnen
sich ebenfalls durch ihre geringe Reibung aus.
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Diese bei Lenksäulen ohne teleskopierbare Lenkspindel
bekannten Lageranordnungen sind bei einer Sicherheitslenksäule mit
teleskopierbarer Lenkspindel der eingangs genannten Art nicht oder
nur mit einem erhöhten
Aufwand anwendbar. Denn die Spielfreiheit der einzelnen Lager muß auch bei
sogenannten „Mißbrauchskräften" gewährleistet
werden, die im normalen Fahrbetrieb vom Fahrzeuglenker über das
Lenkrad in die Lenkspindel eingeleitet werden, beispielsweise indem
sich der Fahrzeuglenker am Lenkrad kräftig abstützt. Damit die Spielfreiheit auch
bei diesen Mißbrauchskräften gewährleistet werden
kann, müssen
die einzelnen Lager so montiert werden, daß sie diese Mißbrauchskräfte ohne Relativbewegungen
zwischen Lenkspindel und Mantelrohr übertragen können. Bei Radialkugellagern
erfolgt dies durch einen entsprechend hohen Preßsitz, dessen axiale Haltekraft
dann der axialen Mißbrauchskraft
entspricht. Bei Schrägkugellagern
muß dies
durch eine entsprechend hohe Vorspannkraft in axialer Richtung bewirkt
werden. Bei einer teleskopierbaren Lenkspindel stellt sich nun das
Problem, daß die
obere Grenze der zulässigen
Mißbrauchskräfte durch
die Auslösekraft
definiert ist, ab der sich die beiden Spindelteil teleskopartig
ineinander verstellen. Dies führt
bei der Verwendung von zwei Radialkugellagern dazu, daß zwar das
eine Radialkugellager auf das eine Spindelteil aufpressbar ist,
das andere Radialkugellager jedoch nicht mehr auf das andere Spindelteil
aufpressbar ist, da bei dieser Verpresssung zwangsläufig die
Auslösekraft
der Spindelteile überschritten
wird. Es muß daher
ein erhöhter
Aufwand betrieben werden, wenn die Spindelteile mit darauf aufgepressten
Radialkugellagern in das Mantelrohr eingesetzt werden müssen. Dieser
Aufwand ist für
eine Serienproduktion ungünstig.
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Für
den Fall, daß Schrägkugellager
verwendet werden, ergibt sich beim Einbau in das Mantelrohr eine ähnliche
Situation, da die Schrägkugellager mit
einer axialen Vorspannkraft montiert werden müssen, die wenigstens so hoch
ist, wie die zulässige
Mißbrauchskraft,
so daß auch
hier bei der Montage der Spindelteile im Mantelrohr zwangsläufig die Auslösekraft
der Spindelteile überschritten
wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit
dem Problem, für
eine Sicherheitslenksäule
der eingangs genannten Art eine Ausführungsform anzugeben, die bei
relativ hohen Mißbrauchskräften spielfrei
und reibungsarm funktioniert und dabei relativ einfach montierbar
ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch
eine Sicherheitslenksäule
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken,
das untere Lager als Festlager und das obere Lager als Loslager
auszubilden, wobei das Festlager so ausgebildet und montiert ist,
daß es
die axialen Mißbrauchskräfte spielfrei übertragen
kann, während
das Loslager so ausgebildet und montiert ist, daß es die radialen Mißbrauchskräfte spielfrei übertragen
kann. Die spielfreie Übertragung
radialer Mißbrauchskräfte am Loslager
wird dabei durch eine geneigte Wälzkörperbahn
im Loslager in Verbindung mit einer axialen Vorspannung erreicht.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
können
sämtliche
axiale Mißbrauchskräfte vom
Festlager abgetragen werden, während
die vorwiegend am lenkradnahen Ende der Lenkspindel eingeleiteten radialen
Mißbrauchskräfte im wesentlichen
durch das Loslager aufgenommen werden können. Aufgrund der für die Wälzkörperbahn
vorgeschlagenen Neigung können
die axialen Vorspannkräfte
deutlich kleiner sein als die spielfrei zu übertragenden radialen Mißbrauchskräfte. Durch den
erfindungsgemäßen Aufbau
vereinfacht sich die Montage, da lediglich das untere Lager hohe
Montagekräfte
benötigt,
so daß dies
bereits im Rahmen einer Vormontage montierbar ist. Beim Zusammenbau kann
das obere Lager mit einer vergleichweise niedrigen axialen Vorspannung
montiert werden, ohne daß dabei
die Gefahr besteht, daß die
deutlich höhere
Auslösekraft
der Spindelteile erreicht wird. Der Montageprozess wird hierdurch
soweit vereinfacht, daß er
insbesondere im Rahmen einer Fließbandmontage durchführbar ist.
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Das untere Lager ist zweckmäßig durch
ein vorgespanntes Radialkugellager oder durch ein Vier-Punkt-Lager,
insbesondere durch eine Vier-Punkt-Kugellager gebildet. Diese Lager
zeichnen sich durch ihre geringe Lagerreibung sowie durch ihre Fähigkeit
aus, bei entsprechender Montage relativ hohe Kräfte spielfrei zu übertragen.
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Vorzugsweise wird das untere Lager
mit einem Preßsitz
auf dem unteren Spindelteil befestigt, wobei die axiale Haltekraft
dieses Preßsitzes
zumindest die Höhe
der axialen Mißbrauchskraft
aufweist. Durch diese Bauweise ist gewährleistet, daß sich das untere
Lager im Rahmen der zulässigen
Mißbrauchskräfte nicht
verstellt, so daß im
unteren Lager stets die Spielfreiheit gewährleistet ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
kann das obere Lager als Schrägkugellager
ausgebildet sein. Derartige Schrägkugellager
lassen sich bei einer geeigneten axialen Vorspannung relativ einfach spielfrei
montieren, wobei sich diese Schrägkugellager
außerdem
durch eine geringe Lagerreibung auszeichnen.
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Ein bevorzugter Einbau ergibt sich
dann, wenn sich die Vorspannmittel einerseits am oberen Spindelteil
und andererseits an einem Innenring des oberen Lagers abstützen, der
die geneigte Wälzkörperbahn
aufweist.
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Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
kann das Mantelrohr im Bereich des oberen Lagers einen Innenkonus
aufweisen, der in derselben Richtung geneigt ist wie die Wälzkörperbahn
und an dem sich ein Außenring
des oberen Lagers abstützt.
Durch dieses Merkmal sind für
das Einsetzen des oberen Lagers in das Mantelrohr keine axialen
Kräfte
erforderlich, da der Außenring
des oberen Lagers erst im Bereich des Innenkonus am Mantelrohr zur
Anlage kommt. Dementsprechend müssen
für die
Montage des oberen Lagers lediglich die Vorspannkräfte eingeleitet
werden, um die jeweiligen Vorspannmittel anzubringen. Die Neigung
des Innenkonus unterstützt
außerdem
die Übertragung relativ
großer
radialer Kräfte,
ohne daß dabei
die axiale Vorspannung des oberen Lagers überschritten wird, so daß dieses
spielfrei bleibt.
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Zwar ist der Innenkonus in derselben
Richtung geneigt wie die Wälzkörperbahn,
besitzt deswegen jedoch nicht zwangsläufig dieselbe Neigung wie die
Wälzkörperbahn.
Allerdings wird eine Ausführungsform
bevorzugt, bei der die Neigung des Innenkonus gleich groß ist wie
die Neigung der Wälzkörperbahn.
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Die Neigung der Wälzkörperbahn ist vergleichsweise
gering und beträgt
beispielsweise gegenüber
der Axialrichtung etwa 20°.
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Bei der vorliegenden Erfindung können die Spindelteile
durch eine Reibschlußverbindung
in axialer Richtung aneinander fixiert sein, wobei die axiale Haltekraft
dieser Reibschlußverbindung
die axiale Auslösekraft
der Spindelteile definiert.
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Bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
kann das Mantelrohr teleskopierbar ausgebildet sein und aus einem
lenkradnahen oberen Rohrteil sowie aus einem lenkradfernen unteren Rohrteil
bestehen, wobei sich das obere Lager am oberen Rohrteil und das
untere Lager am unteren Rohrteil abstützen, wobei das untere Rohrteil
an einem fahrzeugfesten Teil befestigbar ist, wobei die Rohrteile
ineinandergesteckt und zumindest bei der axialen Auslösekraft
der Spindelteile relativ zueinander teleskopartig axial verschiebbar
sind.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und
aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, daß die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Sicherheitslenksäule,
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2 eine
vergrößerte Ansicht
auf ein Detail II in 1 und
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3 eine
vergrößerte Ansicht
auf ein Detail III in 1.
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Entsprechend 1 weist eine erfindungsgemäße Sicherheitslenksäule 1 eine
zweiteilige Lenkspindel 2 auf, die aus einem lenkradnahen
oberen Spindelteil 3 und einem lenkradfernen unteren Spindelteil 4 zusammengesetzt
ist. Des weiteren weist die Sicherheitslenksäule 1 ein Mantelrohr 5 auf, das
im vorliegenden Fall ebenfalls zweiteilig ausgebildet ist und ein
lenkradnahes oberes Rohrteil 6 und lenkradfernes unteres
Teil 7 besitzt.
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Die Lenkspindel 2 ist dabei
konzentrisch im Mantelrohr 5 drehbar gelagert. Zu diesem
Zweck stützt
sich das obere Spindelteil 3 über ein lenkradnahes oberes
Lager 8 am Mantelrohr 5, speziell am obereren
Rohrteil 6 ab. In entsprechender Weise stützt sich
das untere Spindelteil 4 über ein lenkradfernes unteres
Lager 9 am Mantelrohr 5, speziell am unteren Rohrteil 7 ab.
Die Lenkspindel 2 dient zur Übertragung der Lenkkräfte zwischen
einem nicht gezeigten, mit dem oberen Spindelteil 3 verbundenen
Lenkrad und einer ebenfalls nicht gezeigten, mit dem unteren Spindelteil 4 verbundenen
Fahrzeuglenkung. Das Mantelrohr 5 dient dabei im wesentlichen
zur Lagerung der Lenkspindel 2 und ist zu diesem Zweck
mit einem entsprechenden Anschlußteil 10 an einem
nicht gezeigten fahrzeugfesten Teil befestigbar. Das Anschlußteil 10 ist
beim gezeigten zweiteiligen Mantelrohr 5 am unteren Rohrteil 7 ausgebildet.
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Die beiden Spindelteile 3 und 4 sind
zwischen ihren Lagern 8 und 9 in einem durch eine
geschweifte Klammer angedeuteten mittleren Bereich 11 ineinandergesteckt,
wobei die Spindelteile 3 und 4 in diesem mittleren
Bereich 11 vorzugsweise durch eine Reibschlußverbindung
in axialer Richtung aneinander fixiert sind. Diese Reibschlußverbindung
besitzt eine axiale Haltekraft, die eine axiale Auslösekraft
definiert, oberhalb der die beiden Spindelteile 3 und 4 relativ
zueinander teleskopartig axial verschiebbar sind.
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In entsprechender Weise sind auch
die Rohrteile 6 und 7 des zweiteiligen Mantelrohrs 5 in
einem durch eine geschweifte Klammer gekennzeichneten Bereich 12 ineinandergesteckt,
wobei auch in diesem Bereich 12 vorzugsweise eine Reibschlußverbindung die
beiden Rohrteile 6 und 7 in axialer Richtung aneinander
fixiert. Die axiale Haltekraft dieser Reibschlußverbindung kann etwa der Auslösekraft
der Spindelteile 3 und 4 entsprechend, ist jedoch
vorzugsweise etwas geringer dimensioniert. Beispielsweise beträgt die Haltekraft
zwischen den Rohrteilen 6 und 7 etwa 75 bis 100
der Haltekraft der Spindelteile 3 und 4.
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Die Auslösekraft der Spindelteile 3 und 4 ist so
dimensioniert, daß sie
im Crashfall, z.B. durch einen Fahreraufprall auf das Lenkrad, überschritten wird,
so daß die
Lenkspindel 2 ihre Länge
verkürzt und
dabei Aufprallenergie absorbiert.
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Entsprechend 2 ist das untere Lager 9 als
Festlager ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist das untere Lager 9 durch
ein vorgespanntes Radialkugellager, insbesondere durch ein Vier-Punkt-Kugellager
gebildet. Das untere Lager 9 besitzt einen Innenring 13,
der mit einem Preßsitz
auf dem unteren Spindelteil 4 befestigt ist. Des weiteren
ist ein Sicherungsring 14 vorgesehen, der einerseits formschlüssig in
den Innenring 13 und andererseits – an wenigstens einer hier
nicht gezeigten Stelle – formschlüssig in
das untere Spindelteil 4 eingreift. Dieser Sicherungsring 14 ist
vorzugsweise in das untere Lager 9 integriert, wodurch
sich die Montage vereinfacht. Das untere Lager 9 besitzt
außerdem
einen Außenring 15,
der mit dem Mantelrohr 5 bzw. mit dem unteren Rohrteil 7 verpreßt ist.
Im vorliegenden Fall ist der Außenring 15 durch
eine Verstemmung 16 formschlüssig am unteren Rohrteil 7 gehaltert.
Alternativ kann auch der Außenring 15 mit
einem Sicherungsring am unteren Rohrteil 7 formschlüssig gesichert sein.
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Durch den Preßsitz des unteren Lagers 9 wird
gewährleistet,
daß das
untere Lager 9 axiale Kräfte zumindest bis zur Höhe einer
vorbestimmten axialen Mißbrauchskraft
spielfrei zwischen dem unteren Rohrteil 7 und dem unteren
Spindelteil 4 überträgt. Dazu
ist der Preßsitz
so dimensioniert, daß die sich
dadurch ergebende axiale Haltekraft zumindest so hoch ist wie die
axiale Mißbrauchskraft.
Diese Mißbrauchskraft
ist kleiner oder gleich der Auslösekraft
der Spindelteile 3 und 4, wodurch gewährleistet wird,
daß tolerierbare
Axialkräfte,
die beispielsweise der Fahrzeugführer über das
Lenkrad in die Lenkspindel 2 einleitet, noch nicht zu einer
teleskopischen Verstellung der beiden Spindelteile 3 und 4 führen.
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Entsprechend 3 ist das obere Lager 8 als
Loslager ausgebildet, das im vorliegenden Fall durch ein Schrägkugellager
gebildet ist. Das obere Lager 8 besitzt einen Innenring 17,
der auf das obere Spindelteil 3 aufgeschoben ist. Der Innenring 17 besitzt
eine gegenüber
einer Axialrichtung geneigte Wälzkörperbahn 18,
wobei diese Neigung beispielsweise einen relativ flachen Winkel
? von vorzugsweise 20° aufweist.
Das obere Lager 8 besitzt außerdem einen Außenring 19,
der sich am Mantelrohr 5 bzw. am oberen Rohrteil 6 abstützt. Dabei
besitzt das Mantelrohr 5 bzw. das obere Rohrteil 6 im
Bereich des oberen Lagers 8 einen Innenkonus 20,
der in derselben Richtung geneigt ist wie die Wälzkörperbahn 18 des oberen
Lagers 8. Zweckmäßig sind
die Neigungen von Innenkonus 20 und Wälzkörperbahn 18 gleich.
Der Einsteckbereich des Mantelrohrs 5 bzw. des oberen Rohrteils 6 ist
dabei so dimensioniert, daß sich
das obere Lager 8 mit seinem Außenring 19 relativ
kräftefrei
in das Mantelrohr 5 einschieben läßt, wobei dann der Außenring 19 bei
hinreichender Eindringtiefe an diesem Innenkonus 20 zur
Anlage kommt. Um das obere Lager 8 spielfrei zu machen, sind
Vorspannmittel in Form einer Feder 21 vorgesehen, die sich
einerseits am oberen Spindelteil 3 und andererseits am
Innenring 17 des oberen Lagers 8 abstützt. Diese
Feder 21 leitet axiale Vorspannkräfte in das obere Lager 8 ein,
die deutlich niedriger dimensioniert sind, als die Auslösekraft
der Spindelteile 3 und 4. Durch die Neigung im
oberen Lager 8 kann das obere Lager 8 relativ
hohe radiale Mißbrauchskräfte spielfrei übertragen.
Betragsmäßig können die
radialen Mißbrauchskräfte ebenso
hoch sein wie die axialen Mißbrauchskräfte.
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Die Vorspannfeder 21 kann
sich dabei beispielsweise über
einen Sicherungsring 22 am oberen Spindelteil 3 abstützen. Die
Vorspannfeder 21 kann bei einer Weiterbildung integral
am oberen Lager 8 ausgebildet sein, ebenso der Sicherungsring 22.
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Beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen Sicherheitslenksäule 1 kann
zunächst
im Rahmen einer Vormontage das untere Lager 9 auf das untere
Spindelteil 4 aufgepreßt
werden, das bereits mit dem oberen Spindelteil 3 verbunden
ist. Anschließend
wird die Lenkspindel 2 von unten in das Mantelrohr 5 eingeführt, wobei
das untere Lager 9 in das Mantelrohr 5 eingepreßt werden
kann, ohne daß dazu
axiale Kräfte
in die Lenkspindel 2 eingeleitet werden müssen. Gegebenenfalls
kann dann das untere Lager 9 noch gesichert werden.
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Anschließend kann das obere Lager 8 auf das
obere Spindelteil 3 aufgeschoben und in das Mantelrohr 5 eingeschoben
werden. Dieses Aufschieben bzw. Einschieben kann im wesentlichen kräftefrei
durchgeführt
werden, so daß dabei
kaum axiale Kräfte
in die Lenkspindel 2 eingeleitet werden. Anschließend kann
das obere Lager 8 axial vorgespannt werden, wobei die dazu
aufzubringende axiale Vorspannkraft deutlich niedriger ist als die
Auslösekraft
der Spindelteile 3 und 4. Dementsprechend besteht
auch hier nicht die Gefahr, daß die
Spindelteile 3 und 4 ineinandergeschoben werden.
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Die so im Mantelrohr 5 gelagerte
Lenkspindel 2 kann über
das untere Lager 9 relativ hohe axiale Mißbrauchskräfte spielfrei
aufnehmen. Radiale Mißbrauchskräfte, die
eigentlich nur an der Lenkhandhabe einleitbar sind, werden vom oberen
Lager 8 spielfrei aufgenommen.
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Für
den Fall, daß am
unteren Lager 9 die axialen Kräfte die zulässigen axialen Mißbrauchskräfte übersteigen,
also größer werden
als die Reibungskräfte
zwischen Innenring 13 und unterem Spindelteil 4 bzw.
zwischen Außenring 15 und
Mantelrohr 5, geht die Spielfreiheit des unteren Lagers 9 verloren, wobei
die Kraftübertragung
zwischen Mantelrohr 5 und unterem Spindelteil 4 dann
durch die genannten Sicherungsmittel erfolgt, nämlich einerseits durch den
Sicherungsring 14 und andererseits durch die Verstemmung 16.
Da das untere Lager 9 so montiert und dimensioniert ist,
daß die
Haltekräfte
der Verpressung jedenfalls größer sind
als die zulässigen axialen
Mißbrauchskräfte, ist
zumindest innerhalb dieser Mißbrauchskräfte die
Spielfreiheit des unteren Lagers 9 und somit der gesamten
Sicherheitslenksäule 1 gewährleistet.