DE102009051107B3 - Lager zur drehbaren Lagerung einer Lenkspindel - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur drehbaren Lagerung einer Lenkspindel einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gegenüber einem Mantelrohr der Lenksäule umfassend einen gegenüber der Lenkspindel festzusetzenden Innenring, einen gegenüber dem Mantelrohr festzusetzenden Außenring und zwischen dem Innenring und dem Außenring ablaufende Wälzkörper, wobei der Innenring einen Laufbahnabschnitt, der eine Laufbahn für die Wälzkörper ausbildet und eine zentrale Längsachse des Lagers umgibt, und einen Sicherungsabschnitt aufweist, der einteilig mit dem Laufbahnabschnitt ausgebildet ist und eines der beiden axialen Enden des Innenrings bildet, wobei sich der Sicherungsabschnitt zum von ihm gebildeten Ende des Innenrings hin der zentralen Längsachse annähert und an diesem axialen Ende des Innenrings eine Kante zum Zusammenwirken mit der Lenkspindel aufweist.
- Lenksäulen für Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Solche Lenksäulen können unverstellbar oder in ihrer Länge und/oder Höhe bzw. Neigung verstellbar ausgebildet sein. Eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug geht beispielsweise aus der
DE 10 2005 034 952 B3 hervor. Im geschlossenen Zustand eines Spannmechanismus wird eine Manteleinheit, die einen an das lenkradseitige Ende anschließenden Abschnitt der Lenkspindel drehbar lagert, unverstellbar gegenüber einer chassisfesten Trageinheit gehalten. Die Halterung erfolgt hierbei durch Reibschluss. Zur Erhöhung der Anzahl der Reibflächen sind auch verstellbare Lenksäulen mit nach Art einer Lamellenkupplung zusammenwirkenden Lamellen bekannt geworden. Bei anderen Ausführungsformen von Lenksäulen erfolgt die Halterung gegen eine Verstellung formschlüssig. - Aus der
US 6,513,984 B1 geht die Lagerung einer Welle hervor, die von der Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs gebildet wird, wobei die Axialpositionierung des Wälzlagers durch Sicherungsringe, die beidseits angeordnet und in Nuten der Welle eingesetzt sind, sichergestellt wird. Nachteilig ist, dass für die Sicherungsringe entsprechende Nuten vorgesehen sein müssen. Diese Nuten bedingen eine Wandstärkenerhöhung der Welle, damit das notwendige Drehmoment übertragen werden kann. Weiters besitzt diese Anordnung den Nachteil, dass die Lagerung nicht axial vorgespannt werden kann. - Die
EP 1 408 247 B1 offenbart eine Lagerung einer Welle, insbesondere einer Lenkspindel für ein Kraftfahrzeug, bei der die Laufringe des in Form eines Schrägkugellagers ausgebildeten Wälzlagers von Blechschalen gebildet werden. Um eine Spielfreiheit der Lagerung zu erreichen sind erste und zweite axial beabstandete Schrägkugellager vorhanden, deren Laufringe mittels einer Feder in axialer Richtung der Welle gegeneinander verspannt werden. Zur axialen Halterung der Innenringe gegenüber der Welle sind Sicherungsringe vorgesehen. Die Innenringe werden mit Hilfe von Toleranzringen auf der Welle befestigt. Durch die Verwendung von Toleranzringen kann die erforderliche Nacharbeit an der Welle reduziert werden. Diese Anordnung ist aufwendig und besteht aus sehr vielen Einzelteilen. - Aus der
DE 103 37 021 A1 geht ein Lager zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges hervor, das einen Innenring besitzt, der als Massivring ausgebildet ist und in seiner Aufnahmebohrung mit einer Innenverzahnung versehen ist. Mit seiner Innenverzahnung wird der Innenring auf die Lenkwelle aufgepresst. Dieser Innenring übernimmt auch die bisherige Funktion des Toleranzringes, gleicht also auch Fertigungsungenauigkeiten zwischen dem Innenring und der Welle aus. Damit der Innenring an die vorgesehene Position aufgeschoben werden kann, wird es erforderlich sein, die Welle in diesem Bereich mit einem Ansatz (= ein Abschnitt eines größeren Durchmessers) auszubilden. Andernfalls würde es zu einer Verformung der oder Abschabungen auf der Welle über den gesamten axialen Weg des Aufschiebens kommen. Die Ausbildung eines solchen Ansatzes bedingt einen zusätzlichen Herstellungsaufwand für die Welle. Auch die Ausbildung eines Lagerinnenrings mit einer Innenverzahnung bedingt einen erhöhten Herstellungsaufwand. Auch muss der Lagerinnenring speziell gefertigt werden und für diese Anordnung ist kein Standardlager einsetzbar. Da ein Lagerinnenring üblicherweise gehärtet ist, graben sich die Zähne der Verzahnung im Wesentlichen in das Material der Lenkwelle ein, ohne selbst umgeformt zu werden, was Nachteile beinhaltet. - Versuche haben gezeigt, dass es beim aus der
DE 103 37 021 A1 bekannten Lager im Crashfall dazu kommen kann, dass das Lager auf der Welle in axialer Richtung durchrutscht, sodass keine kontrollierte Energieabsorption zwischen einem Mantelrohr, das die Lenkspindel drehbar über das Lager hält, und einer karosseriefesten Halterung der Lenksäule erfolgen kann. - Die
US 5,531,526 A offenbart die Lagerung einer Lenkspindel gegenüber einem Mantelrohr durch ein erstes und ein zweites Lager. Beim näher beim Lenkrad gelegenen Lager stützt sich der Innenring an einem zusätzlichen, unverschiebbar gegenüber der Lenkspindel gehaltenen Haltering ab. Das vom Lenkrad weiter entfernt gelegene Lager ist über eine relativ komplizierte Anordnung zwischen dem Mantelrohr und der Lenkspindel gehalten, wobei an dieses Lager auch andere Anforderungen gestellt sind als an das näher beim Lenkrad gelegene Lager. - Eine weitere Lagerung einer Welle, insbesondere einer Lenkspindel, mittels ersten und zweiten Lager geht aus der
DE 40 13 655 C2 hervor. Auch hier ist der Innenring des näher beim Lenkrad gelegenen Lagers von einem zusätzlichen Sicherungsring, der gegenüber der Lenkspindel axial unverschiebbar gehalten ist, axial abgestützt. - Ein Lager der eingangs genannten Art geht aus der
DE 10027513 A1 hervor. Ein Problem ist hier die Übertragung von Biegekräften auf den Laufbahnabschnitt, wodurch die Laufeigenschaften des Lagers beeinträchtigt werden. - Aus der
DE 69702541 T2 geht ein Lager hervor, bei dem der Innenring des Lagers auf einem Ausgleichsring aufliegt, der in Berührung mit der Lenkspindel steht. Der Ausgleichsring ist durch einen Sicherungsring gegen eine axiale Verschiebung auf der Lenkspindel gesichert. Eine ähnliche Ausbildung geht auch aus derDE 10300725 A1 hervor. Anstelle eines massiven Ausgleichsrings ist hier ein von einem gebogenen Blech gebildetes Zwischenelement vorgesehen, welches den Innenring des Lagers abstützt und das von einem Sicherungsring gegen eine axiale Verschiebung gegenüber der Lenkspindel gesichert ist. Das Zwischenelement liegt beidseitig (bezogen auf die axiale Erstreckung der Lenkspindel) des Innenrings an der Lenkspindel an. - Eine weitere Lagerung einer Lenkwelle, wie sie durch Vorbenutzung bekannt ist, wird zu Beginn der Figurenbeschreibung im Einzelnen beschrieben.
- Aufgabe der Erfindung ist es ein Lager zur einfachen und kostengünstigen Lagerung einer Lenkspindel einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das einerseits ein leichtgängiges Drehen der Lenkspindel ermöglicht und durch das andererseits eine ausreichende Haltefunktion gegenüber einer auf das Lenkrad in Richtung zur Fahrzeugfront ausgeübten Kraft, insbesondere bewirkt durch den Aufprall des Fahrers im Falle eines Fahrzeugcrashs, erreicht werden kann. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.
- Beim Lager entsprechend der Erfindung weist der, vorzugsweise in Form eines Blechumformteils ausgebildete, Innenring zusätzlich zum Laufbahnabschnitt und zum Montageabschnitt einen Sicherungsabschnitt auf, wobei der Laufbahnabschnitt, Montageabschnitt und Sicherungsabschnitt miteinander einteilig ausgebildet sind. Hierbei bildet der Montageabschnitt das erste axiale Ende, das auch als Montageende bezeichnet werden kann, des Innenrings und der Sicherungsabschnitt das gegenüberliegende zweite axiale Ende, das auch als Sicherungsende bezeichnet werden kann, des Innenrings. Der Montageabschnitt und der Sicherungsabschnitt liegen also auf axial gegenüberliegenden Seiten des dazwischen liegenden Laufbahnabschnitts. Der in einem Längsmittelschnitt (= parallel zur zentralen Längsachse und durch diese verlaufender Schnitt) durch den Innenring gesehene Verlauf des Sicherungsabschnitts (vorzugsweise in jedem beliebigen Längsmittelschnitt durch den Innenring) ist so, dass sich der Sicherungsabschnitt in Richtung zum zweiten axialen Ende, dem Sicherungsende, des Innenrings hin der zentralen Längsachse annähert. Am Sicherungsende des Innenrings bildet der Sicherungsabschnitt eine zur Lenkspindel gerichtete und im montierten Zustand des Lagers an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel anliegende Kante zum Zusammenwirken mit der Lenkspindel aus. Durch diese Kante wird einer Verschiebung der Lenkspindel durch eine auf das lenkradseitige Ende der Lenkspindel in Richtung zur Fahrzeugfront einwirkenden Kraft entgegengewirkt, insbesondere dadurch, dass sich die Kante in die äußere Oberfläche der Lenkspindel, zumindest bei beginnender Verschiebung, eingräbt. Dadurch wird erreicht, dass sich im Crashfall die Lenkspindel nicht gegenüber dem Mantelrohr verschiebt.
- Diese Kante ist vorzugsweise zwischen einer ebenen stirnseitigen Schmalfläche des Innenrings und der zur zentralen Längsachse gerichteten Innenfläche des Innenrings ausgebildet. Diese Kante ist in einer bevorzugten Ausführungsform einfach durch das Stanzen des Blechs, aus dem der Innenring hergestellt ist, hergestellt.
- Vorteilhafterweise weist eine Tangente, die in einem Längsmittelschnitt des Innenrings, vorzugsweise in jedem das Material des Sicherungsabschnitts durchsetzenden Längsmittelschnitt, an die Innenfläche des Innenrings beim Sicherungsende des Innenrings angelegt wird, gegenüber der zentralen Längsachse einen Winkel im Bereich von 15° bis 60° auf. Ein Winkel im Bereich von 15° bis 40° ist besonders bevorzugt. Am Sicherungsende besitzt der Innenring vorteilhafterweise eine ebene stirnseitige Schmalfläche, die einen Winkel im Bereich von 90° +/– 20° mit dieser Tangente einschließt. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel, der zwischen der stirnseitigen Schmalfläche am Sicherungsende und der zentralen Längsachse des Innenrings gemessen wird, 70° bis 90° beträgt.
- Der Sicherungsabschnitt ist mit dem Montageabschnitt über einen Zwischenabschnitt verbunden, wobei der Innenring des Lagers im auf die Lenkspindel montierten Zustand nur an zwei Stellen an der Lenkspindel anliegt, nämlich im Montageabschnitt und bei der Kante des Sicherungsabschnitts.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine in einem Mantelrohr drehbar gelagerte Lenkspindel gemäß dem Stand der Technik, in Schrägsicht; -
2 eine Explosionsdarstellung der Anordnung von1 ; -
3 einen vergrößerten Längsmittelschnitt eines Teils der Anordnung von1 im Bereich des näher beim lenkradseitigen Ende gelegenen Lagers; -
4 eine Explosionsdarstellung einer mittels eines erfindungsgemäßen Lagers in einem Mantelrohr gelagerten Lenkspindel; -
5 einen Längsmittelschnitt durch die Anordnung von4 ; -
6 ein vergrößertes Detail A von5 ; -
7 einen Längsmittelschnitt durch ein in der Anordnung von4 eingesetztes erfindungsgemäßes Lager; -
8 eine Schrägsicht des Lagers von7 ; -
9 einen vergrößerten Abschnitt des Innenrings im Längsmittelschnitt; -
10 ,11 und12 Ausführungsvarianten der Befestigung des Innenrings auf der Lenkspindel; -
13 eine Schrägsicht einer möglichen Ausführungsform einer Lenksäule mit einer in erfindungsgemäßer Weise gelagerten Lenkspindel; -
14 die Lenksäule von13 in auseinandergezogener Darstellung von Teilen der Lenksäule. - Im Folgenden wird zunächst anhand der
1 bis3 eine herkömmliche Lagerung einer Lenkspindel1 in einem Mantelrohr2 erläutert. Es sind hierzu ein Lager3 und ein Zusatzlager4 vorgesehen, wobei das Zusatzlager vom lenkradseitigen Ende der Lenkspindel weiter entfernt liegt als das Lager3 . Das Lager3 und das Zusatzlager4 sind in Form von Schrägkugellagern ausgebildet. Zur axialen Halterung des Lagers3 dient ein durch Aufpressen auf die Lenkspindel1 an dieser gehaltener Haltering5 , an den ein Federring6 anschließt, der mit einem Kunststoffring7 zusammenwirkt, auf dem der Innenring8 des Lagers3 angeordnet ist und der zum Toleranzausgleich zwischen der Lenkspindel1 und dem Innenring8 dient. Der Außenring9 ist am Mantelrohr2 gehalten. Durch den Federring6 wird der verschiebbar auf der Lenkspindel1 angeordnete Kunststoffring7 in Richtung zum Zusatzlager4 beaufschlagt. - Das Zusatzlager
4 umfasst ebenfalls einen Außenring und einen Innenring mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern, wobei der Innenring wiederum auf einem Kunststoffring10 angeordnet ist, der zum Toleranzausgleich zwischen der Lenkspindel1 und dem Innenring des Zusatzlagers4 dient. Der Kunststoffring10 und damit das Zusatzlager4 ist axial mittels eines auf der Lenkspindel1 aufgepressten Halterings11 positioniert. Durch den das Lager3 beaufschlagenden Federring6 sind das Lager3 und Zusatzlager4 axial vorgespannt. - Ein Ausführungsbeispiel für eine Lagerung einer Lenkspindel
12 gegenüber einem Mantelrohr13 mittels eines erfindungsgemäßen Lagers14 und eines Zusatzlagers15 , welches vom lenkradseitigen Ende16 der Lenkspindel12 weiter entfernt liegt als das Lager14 , wird im Folgenden anhand der4 bis10 erläutert. Mit Vorzug sind die beiden Lager14 ,15 an den beiden Endbereichen des Mantelrohrs13 angeordnet. - Das Lager
14 umfasst einen Innenring17 , der die weiter unten noch genauer beschriebenen Abschnitte in Form eines Laufbahnabschnitts18 , eines Montageabschnitts19 und eines Sicherungsabschnitts20 und weiters einen Zwischenabschnitt28 umfasst. Der Innenring mit seinem Laufbahnabschnitt18 , Montageabschnitt19 und Sicherungsabschnitt20 und dem weiters vorhandenen Zwischenabschnitt28 ist insgesamt einstückig ausgebildet. - Der Innenring ist als Blechumformteil ausgebildet.
- Das Wälzlager umfasst weiters einen Außenring
21 , der hier ebenfalls in Form eines Blechumformteils ausgebildet ist und vom Mantelrohr13 gegen ein Verdrehen gehalten und axial positioniert ist. Die Halterung des Außenrings21 am Mantelrohr13 kann beispielsweise durch Eingriff eines umgebördelten Abschnitts in eine Nut des Mantelrohrs13 oder auch in herkömmlicher Weise wie in3 dargestellt erfolgen. - Zwischen dem Innenring
17 und dem Außenring21 laufen die Wälzkörper22 , hier Kugeln ab. Die Wälzkörper22 sind in einem Käfig23 gehalten. Je nach Ausbildung des Lagers14 kann ein solcher Käfig23 auch entfallen. - Das Lager
14 ist als Schrägkugellager ausgebildet. Der Einsatz von anderen Wälzlagern, insbesondere Schrägwälzlagern ist denkbar und möglich. - Der Laufbahnabschnitt
18 des Innenrings17 , der die zentrale Längsachse24 des Lagers14 , die mit der zentralen Längsachse24 der Lenkspindel12 zusammenfällt, bezogen auf einen Querschnitt rechtwinkelig zur zentralen Längsachse24 kreisringförmig umgibt, bildet mit seiner äußeren (= von der zentralen Längsachse24 abgewandten) Oberfläche die Laufbahn25 für die Wälzkörper22 . - An den Laufbahnabschnitt
18 schließt auf einer Seite der Montageabschnitt19 an. Dieser bildet das erste axiale Ende, das Montageende26 des Innenrings17 . Bezogen auf die axiale Erstreckung des Innenrings17 überlappen sich der Laufbahnabschnitt18 und der Montageabschnitt19 nicht, diese liegen also bezogen auf die axiale Erstreckung nebeneinander, vorzugsweise unmittelbar aneinander anschließend. - Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Laufbahnabschnitts
18 liegt der Sicherungsabschnitt20 . Dieser bildet das zweite axiale Ende27 des Innenrings17 und nähert sich, wenn man seinen im Längsmittelschnitt gesehenen Verlauf in Richtung zum zweiten axialen Ende, dem Sicherungsende27 hin betrachtet, über seinen gesamten Verlauf der zentralen Längsachse24 an. Bezogen auf die axiale Erstreckung des Innenrings17 überlappen der Laufbahnabschnitt18 und der Sicherungsabschnitt20 nicht, liegen also bezogen auf die axiale Erstreckung des Innenrings17 nebeneinander, und zwar unter Zwischenschaltung eines Zwischenabschnitts28 . - Die axiale Stelle, an der der Laufbahnabschnitt
18 endet und der Zwischenabschnitt28 beginnt, ist durch den Wendepunkt der Krümmung definiert, den die äußere Oberfläche des Innenrings17 im Längsmittelschnitt gesehen besitzt. - Ausgehend vom Übergangspunkt zwischen dem Laufbahnabschnitt
18 und dem Zwischenabschnitt28 erstreckt sich der Laufbahnabschnitt18 über eine dem Durchmesser der Wälzkörper22 entsprechende Bogenlänge in Richtung zum Montageende26 . Am Ende dieser Erstreckung beginnt der Montageabschnitt19 . - Der Beginn des Montageabschnitts
19 könnte alternativ auch dahingehend durch die axiale Stelle der äußeren Oberfläche des Innenrings17 definiert werden, an welcher der im Längsmittelschnitt gesehene Radius der äußeren Oberfläche des Innenrings17 den 1,5-fachen Wert des Radius der Wälzkörper22 überschreitet. - Vorzugsweise ist die im Längsmittelschnitt durch den Innenring
17 gesehene axiale Erstreckung des Zwischenabschnitts28 größer als die axiale Erstreckung des Laufbahnabschnitts18 . - Durch die Zwischenschaltung eines Zwischenabschnitts
28 zwischen dem Laufbahnabschnitt18 und dem Montageabschnitt19 ist der axiale Abstand des zweiten axialen Endes27 von der axialen Mitte des Laufbahnabschnitts18 größer als der Abstand des ersten axialen Endes26 von dieser Mitte des Laufbahnabschnitts18 . - Im gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft der Zwischenabschnitt
28 im Längsmittelschnitt durch den Innenring17 gesehen über den größten Teil seiner Erstreckung, insbesondere über mehr als 70% seiner Erstreckung, parallel zur zentralen Längsachse24 . Eine solche Ausrichtung des Zwischenabschnitts28 parallel zur zentralen Längsachse24 , vorzugsweise jedoch eine zumindest mit einer Abweichung zur parallelen Lage von weniger als 20° ausgerichtete Ausrichtung, ist bevorzugt. Nur in dem Teil des Zwischenabschnitts28 , der an den den Laufbahnabschnitt18 begrenzenden Wendepunkt der Krümmung der äußeren Oberfläche des Innenrings17 anschließt, verläuft der Zwischenabschnitt28 nicht zumindest annähernd parallel zur zentralen Längsachse24 . Die entsprechenden Bögen ergeben sich aus der umformtechnischen Herstellung des Innenrings17 . - Andere Ausbildungen, beispielsweise eine im Längsmittelschnitt gesehene bogenförmige Ausbildung ist aber denkbar und möglich.
- Im montierten Zustand des Lagers
14 auf der Lenkspindel12 liegt der Montageabschnitt19 unter Vorspannung an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel12 an, wodurch das Lager14 verdrehgesichert auf der Lenkspindel12 gehalten ist. Auch eine erste Halterung gegen eine axiale Verschiebung auf der Lenkspindel12 ist dadurch gegeben. - Um Toleranzen in der Ausbildung der Lenkspindel
12 aufnehmen zu können, nähert sich der Montageabschnitt19 zumindest über einen Teil seines im Längsmittelschnitt durch den Innenring17 gesehenen Verlaufs, der vom Laufbahnabschnitt18 ausgeht und bis zum Montageende26 reicht, der zentralen Längsachse24 an. - Der Sicherungsabschnitt
20 liegt im auf der Lenkspindel12 montierten Zustand des Lagers14 am Sicherungsende27 des Innenrings17 mit einer Kante29 an der äußeren Oberfläche12 der Lenkspindel an. Es wird dadurch eine zusätzliche axiale Halterung gegen eine Verschiebung der Lenkspindel12 gegenüber dem Lager14 , und somit gegenüber dem Mantelrohr13 , ausgebildet, wenn auf das lenkradseitige Ende16 der Lenkspindel12 eine Kraft einwirkt, welche zumindest eine Komponente aufweist, die parallel zur zentralen Längsachse24 gerichtet ist, wobei sie zur Fahrzeugfront weist. Eine solche Kraft (bzw. Kraftkomponente)30 ist in5 eingezeichnet. - Bei Einwirken einer solchen Kraft
30 gräbt sich die scharfkantig ausgebildete Kante29 in die äußere Oberfläche der Lenkspindel12 ein, sodass es, zumindest nach einer beginnenden anfänglichen Verschiebung, zu einer formschlüssigen Halterung gegen eine Verschiebung der Lenkspindel12 gegenüber dem Innenring17 kommt. - Die Kante
29 ist zwischen der stirnseitigen Schmalfläche31 und der der zentralen Längsachse24 zugewandten Innenfläche32 des Innenrings17 ausgebildet. Günstigerweise schließt hierbei eine im Längsmittelschnitt des Innenrings17 an die Innenfläche32 des Innenrings17 beim Sicherungsende27 angelegte Tangente33 (vgl.9 ) mit der zentralen Längsachse24 einen Winkel34 ein, der im Bereich von 15° bis 60° liegt, wobei ein Wert im Bereich von 15° bis 40° besonders bevorzugt ist. Der Winkel58 zwischen der stirnseitigen Schmalfläche31 und der Innenfläche32 bzw. der Tangente33 , dies ist also der Öffnungswinkel der beiden an die Kante29 anschließenden Flächen (wiederum bezogen auf den Längsmittelschnitt), liegt beispielsweise im Bereich von 70° bis 110°, wobei ein Bereich von 70° bis 90° bevorzugt ist. - Zusätzliche Maßnahmen zur axialen Sicherung des Lagers
14 gegenüber der Lenkspindel12 in Form von separaten, an der Lenkspindel12 befestigten Teilen, beispielsweise eines zusätzlichen separaten Sicherungsrings, sind vorteilhafterweise nicht erforderlich. - Vorzugsweise ist der Sicherungsabschnitt
20 im Längsmittelschnitt gesehen gebogen ausgebildet, wobei sich der Winkel zwischen einer an seine Innenfläche32 angelegten Tangente und der zentralen Längsachse24 zum Sicherungsende27 hin verringert. - Der Sicherungsabschnitt
20 ist mit dem Zwischenabschnitt28 günstigerweise über eine Abwinkelung von mindestens 45°, vorzugsweise von mehr als 70° verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt diese Abwinkelung etwa 90°. Der Radius der Abwinkelung liegt hierbei vorteilhafterweise unter 1,0 mm, besonders bevorzugt unter 0,5 mm. Auch in diesem Fall sind die umformtechnischen Grenzen zu berücksichtigen und ausreichend. Durch diese Abwinkelung wird eine Schwächung ausgebildet, durch die die Übertragung von auf den Sicherungsabschnitt20 wirkenden Kräften, entsprechend der Kraft30 , auf den Zwischenabschnitt28 verringert wird. - Durch die relativ lange Ausbildung des Zwischenabschnitts
28 können auf ihn durch eine einwirkende Kraft30 übertragene Kräfte eine Biegung des Zwischenabschnitts28 bewirken, wodurch eine Übertragung auf den Laufbahnabschnitt18 verringert wird. Gute Laufeigenschaften des Lagers14 können dadurch auch bei einwirkenden Kräften30 beibehalten werden. - Auch die Abwinkelung im vom Sicherungsende
27 entfernt gelegenen Endabschnitt des Zwischenabschnitts28 stellt eine Schwächung dar, durch die eine Übertragung von Kräften auf den Laufbahnabschnitt18 verringert wird. - Zur Erhöhung der elastischen Biegbarkeit des Sicherungsabschnitts
20 sind mehrere, in Umfangsrichtung des Innenrings voneinander beabstandete, vorzugsweise gleichmäßig beabstandete, Ausnehmungen35 vorhanden, die vom Sicherungsende27 ausgehen und sich in axialer Richtung erstrecken und von denen zwischen den Ausnehmungen35 liegende Zungen36 des Sicherungsabschnitts20 ausgebildet werden. Die Zungen36 können sich über einen Teil der Erstreckung des Sicherungsabschnitts20 oder, wie dargestellt über den gesamten Sicherungsabschnitt20 erstrecken, wobei sie auch in den Zwischenabschnitt28 hineinreichen können. - Zur Erhöhung der elastischen Biegbarkeit des Montageabschnitts
19 sind mehrere, in Umfangsrichtung des Innenrings17 voneinander beabstandete, vorzugsweise gleichmäßig beabstandete, Ausnehmungen37 vorhanden, die vom Montageende26 des Innenrings17 ausgehen und sich in axialer Richtung erstrecken und von denen zwischen diesen Ausnehmungen37 liegende Zungen des Montageabschnitts19 ausgebildet werden. Die Zungen38 können sich über die gesamte axiale Ausdehnung des Montageabschnitts19 oder, wie dargestellt, nur über einen Teil von dessen axialer Ausdehnung erstrecken. - Durch Abknicken bzw. Falten sind im Bereich des Montageabschnitts zwei oder mehr linienförmige Schwächungen
39 ausgebildet, die kreisförmig um die zentrale Längsachse umlaufen. Die sich dadurch im zentralen Längsmittelschnitt ausbildenden Abwinkelungen bzw. Krümmungen sind nur gering (z. B. < 10°). Eine Übertragung von auf den Innenring17 im Bereich des Montageabschnitts19 einwirkenden Biegekräften auf den Laufbahnabschnitt18 wird dadurch verringert. - Um eine ausreichende Härte der Laufbahn
25 des Innenrings17 zu erreichen, wird der Innenring8 gehärtet, vorzugsweise einsatzgehärtet. Eine solche Härtung erfolgt günstigerweise, nachdem die Umformoperationen des Blechs zur Ausbildung der Form des Innenrings durchgeführt worden sind. Durch ein solches Einsatzhärten kommt es im Bereich der Kante29 automatisch zu einer größeren Härte als sie beispielsweise im bezogen auf seinen Verlauf, wie er sich im Längsmittelschnitt darstellt, mittleren Bereich des Montageabschnitts19 oder im Bereich des Zwischenabschnitts28 vorliegt. - Die Wandstärke des den Innenring
17 bildenden geformten Blechs kann beispielsweise im Bereich von 0,7 bis 1,2 mm, vorzugsweise etwa im Bereich von 0,9 mm liegen. - Das Zusatzlager
15 , das vom lenkradseitigen Ende16 weiter entfernt liegt als das Lager14 , umfasst einen Innenring40 , der gegenüber der Lenkspindel12 unverdrehbar gehalten ist und axial positioniert ist, einen Außenring21 , der gegenüber dem Mantelrohr13 unverdrehbar gehalten und axial positioniert ist und zwischen diesen abrollende Wälzkörper42 , hier Kugeln. Die Wälzkörper42 können günstigerweise in einem Käfig angeordnet sein. Zwischen dem Innenring40 und der Lenkspindel12 ist ein Zwischenring29 angeordnet, der vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist. Über diesen Zwischenring43 werden auch Toleranzen der Lenkspindel12 ausgeglichen. - Das Zusatzlager
15 ist in Form eines Schrägkugellagers ausgebildet. Der Einsatz von anderen Wälzlagern, insbesondere Schrägwälzlagern ist denkbar und möglich. - Zur axialen Vorspannung des Zusatzlagers
15 und Lagers14 dient ein hier in Form eines Federrings ausgebildetes Federelement44 . Dieses greift am Zwischenring28 an dessen vom Lager14 abgewandten Stirnseite an und stützt sich andererseits an einem Haltering45 ab, der axial unverschiebbar gegenüber der Lenkspindel12 ist, vorzugsweise auf diese aufgepresst ist. - Unterschiedliche Modifikationen in der Ausbildung des Zusatzlagers
15 und/oder in der axialen Vorspannung des Lagers14 und Zusatzlagers15 mittels eines Federelements sind denkbar und möglich. - Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Innenring
17 des Lagers14 mit seinem Montageabschnitt19 auf eine ebene äußere Oberfläche der Lenkspindel12 aufgepresst.10 zeigt eine Modifikation dahingehend, dass der Montageabschnitt19 auf Materialerhebungen46 der Lenkspindel aufgepresst ist. Diese sind an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel12 ausgebildet, vorzugsweise durch Umformung der Lenkspindel12 unter Aufweitung des Durchmessers der Lenkspindel12 im Bereich dieser Materialerhebungen46 . - Die Materialerhebungen
46 können beispielsweise von einer Rollierung gebildet werden. Auf diese Weise können in Form von umlaufenden Stegen, Wülsten oder Zähnen ausgebildete Materialerhebungen ausgebildet werden. Auch in anderer Form ausgebildete Materialerhebungen46 , insbesondere durch Umformung der Lenkspindel12 und eine hierbei erfolgende Aufweitung der Lenkspindel12 sind denkbar und möglich, beispielsweise in Form von Rändeln, Diamanträndeln usw.. - Der Außendurchmesser der Lenkspindel
12 im Bereich einer jeweiligen Materialerhebung46 ist vor dem Aufpressen des Innenrings17 größer als der Innendurchmesser des Innenrings17 . Die Materialerhebungen46 , auf die der Innenring17 aufgepresst ist und die unterhalb des Innenrings17 liegen, sind beim Aufpressen des Innenrings17 verformt worden. - Zusätzlich zu den Materialerhebungen
46 ist die Lenkspindel in einem zu ihrem lenkradseitigen Ende16 axial anschließenden Abschnitt ihrer Längserstreckung mit Materialerhebungen47 einer gegenüber der Höhe der Materialerhebungen46 größeren Höhe versehen. Die Materialerhebungen47 können in gleicher Weise ausgebildet sein und die gleichen Formen aufweisen, wie zuvor für die Materialerhebungen46 erläutert. - Der Innenring
17 liegt zur axialen Abstützung gegenüber der Lenkspindel12 mit einer winkelig zur zentralen Längsachse24 stehenden Fläche48 an einer der Materialerhebungen47 an. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt der der zentralen Längsachse24 zugewandten Innenfläche im Bereich des Laufbahnabschnitts18 . Bei der hier dargestellten Rollierung liegt die Fläche48 an der ersten der Materialerhebungen47 an. Wenn die Materialerhebungen beispielsweise in Form eines Rändels ausgebildet werden, so würde die Fläche48 an allen Materialerhebungen endseitig anliegen. Zur Anlage der Fläche48 wäre grundsätzlich eine einzelne Materialerhebung ausreichend. - Die Materialerhebungen
46 geringerer Höhe, auf die der Montageabschnitt19 aufgepresst ist, und die Materialerhebungen47 mit der größeren Höhe, an denen der Innenring mit einer winkelig zur zentralen Längsachse24 stehenden Fläche anliegt, können auch axial voneinander beabstandet sein, wie dies in11 dargestellt ist. - Die Materialerhebungen
47 mit der größeren Höhe könnten auch entfallen, sodass der Innenring17 nur mit seinem Montageabschnitt19 auf Materialerhebungen46 aufgepresst ist oder der Innenring zusätzlich hierzu mit einer winkelig zur zentralen Längsachse24 stehenden Fläche an einer weniger oder nicht verformten Materialerhebung anliegt (die die gleiche Höhe aufweist, wie sie die Materialerhebungen, auf die der Montageabschnitt19 aufgepresst ist, vor dem Aufpressen aufgewiesen haben). - Denkbar und möglich ist es auch, den Montageabschnitt
19 auf einen Bereich der Lenkspindel12 ohne Materialerhebungen aufzupressen. Durch diesen Presssitz wird der Innenring17 gegen eine Verdrehung gegenüber der Lenkspindel12 gehalten. Dieser Presssitz kann somit relativ schwach sein. Zur zusätzlichen axialen Halterung des Innenrings17 gegenüber der Lenkspindel12 , um diesen gegenüber einer Verschiebung in Richtung zum lenkradseitigen Ende16 der Lenkspindel12 zu sichern, dienen Materialerhebungen47 , an denen der Innenring17 mit einer winkelig zur zentralen Längsachse24 stehenden Fläche anliegt, vgl.12 . Eine einzelne Materialerhebung wäre zur Anlage dieser Fläche hier wieder grundsätzlich ausreichend. - Ein Ausführungsbeispiel einer Lenksäule mit einer in erfindungsgemäßer Weise gegenüber dem Mantelrohr
13 gelagerten Lenkspindel12 ist in den13 und14 dargestellt. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lenksäule in ihrer Länge und ihrer Höhe bzw. Neigung einstellbar. Hierzu ist das Mantelrohr
13 im geöffneten Zustand eines Spannmechanismus49 gegenüber einer Trageinheit50 verstellbar, die mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Im geschlossenen Zustand des Spannmechanismus49 ist die eingestellt Position festgestellt. - Beidseitig des Mantelrohrs
13 erstrecken sich Seitenwangen51 ,52 der Trageinheit50 . Im Ausführungsbeispiel ist weiters zwischen der Trageinheit50 und dem Mantelrohr13 eine Zwischeneinheit53 angeordnet. Im geöffneten Zustand des Spannmechanismus49 ist das Mantelrohr13 gegenüber der Zwischeneinheit53 in Richtung der zentralen Längsachse24 verstellbar und die Zwischeneinheit53 ist gegenüber der Trageinheit50 um die Achse54 verschwenkbar. - Der Spannmechanismus umfasst einen quer zur zentralen Längsachse
24 liegenden und Langlöcher in den Seitenwangen51 ,52 sowie Öffnungen in der Zwischeneinheit53 durchsetzenden Spannbolzen55 . Zum Öffnen und Schließen des Spannmechanismus49 dient ein Betätigungshebel56 , der um die Achse des Spannbolzens55 verschwenkt wird. Hierbei wirken zur Verspannung vom Betätigungshebel56 betätigte Nocken57 mit Schrägflächen zusammen. - Eine solche Lenksäule, abgesehen vom Einsatz der erfindungsgemäßen Lagerung, ist bekannt, beispielsweise aus dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik.
- Lenksäulen, bei denen eine erfindungsgemäße Lagerung der Lenkspindel eingesetzt werden kann, können in unterschiedlicher anderer Weise ausgebildet sein. Hierbei können sie in der Länge und/oder Höhe bzw. Neigung verstellbar sein. Ebenso ist die Erfindung bei unverstellbaren Lenksäulen einsetzbar.
- Unterschiedliche Modifikationen der Erfindung sind denkbar und möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So muss das Mantelrohr
13 nicht umfangsgeschlossen ausgebildet sein sondern könnte, insbesondere über einen Teil seiner Länge, auch umfangsoffen sein. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lenkspindel
- 2
- Mantelrohr
- 3
- Lager
- 4
- Zusatzlager
- 5
- Haltering
- 6
- Federring
- 7
- Kunststoffring
- 8
- Innenring
- 9
- Außenring
- 10
- Kunststoffring
- 11
- Haltering
- 12
- Lenkspindel
- 13
- Mantelrohr
- 14
- Lager
- 15
- Zusatzlager
- 16
- lenkradseitiges Ende
- 17
- Innenring
- 18
- Laufbahnabschnitt
- 19
- Montageabschnitt
- 20
- Sicherungsabschnitt
- 21
- Außenring
- 22
- Wälzkörper
- 23
- Käfig
- 24
- zentrale Längsachse
- 25
- Laufbahn
- 26
- Montageende
- 27
- Sicherungsende
- 28
- Zwischenabschnitt
- 29
- Kante
- 30
- Kraft
- 31
- stirnseitige Schmalfläche
- 32
- Innenfläche
- 33
- Tangente
- 34
- Winkel
- 35
- Ausnehmung
- 36
- Zunge
- 37
- Ausnehmung
- 38
- Zunge
- 39
- Schwächung
- 40
- Innenring
- 41
- Außenring
- 42
- Wälzkörper
- 43
- Zwischenring
- 44
- Federelement
- 45
- Haltering
- 46
- Materialerhebung
- 47
- Materialerhebung
- 48
- Fläche
- 49
- Spannmechanismus
- 50
- Trageinheit
- 51
- Seitenwange
- 52
- Seitenwange
- 53
- Zwischeneinheit
- 54
- Achse
- 55
- Spannbolzen
- 56
- Betätigungshebel
- 57
- Nocke
- 58
- Winkel
Claims (14)
- Lager zur drehbaren Lagerung einer Lenkspindel (
12 ) einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gegenüber einem Mantelrohr (13 ) der Lenksäule umfassend einen gegenüber der Lenkspindel (12 ) festzusetzenden Innenring (17 ), einen gegenüber dem Mantelrohr (13 ) festzusetzenden Außenring (21 ) und zwischen dem Innenring (17 ) und dem Außenring (21 ) ablaufende Wälzkörper (22 ), wobei der insgesamt einstückig als Blechumformteil ausgebildete Innenring (17 ) einen Laufbahnabschnitt (18 ), der eine Laufbahn (25 ) für die Wälzkörper (22 ) ausbildet und eine zentrale Längsachse (24 ) des Lagers (14 ) umgibt, und einen Sicherungsabschnitt (20 ) aufweist, der einteilig mit dem Laufbahnabschnitt (18 ) ausgebildet ist und eines der beiden axialen Enden (26 ,27 ) des Innenrings (17 ) bildet, wobei sich der Sicherungsabschnitt (20 ) zum von ihm gebildeten Ende (27 ) des Innenrings (17 ) hin der zentralen Längsachse (24 ) annähert und an diesem Ende (27 ) des Innenrings (17 ) eine Kante (29 ) zum Zusammenwirken mit der Lenkspindel (12 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager weiters einen einteilig mit dem Laufbahnabschnitt (18 ) ausgebildeten und das andere der beiden axialen Enden (26 ,27 ) des Innenrings (17 ) bildenden Montageabschnitt (19 ) zur Anlage unter Vorspannung an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel (12 ) aufweist, wobei das Lager mittels des Montageabschnitts (19 ) verdrehgesichert und gegenüber einer axialen Verschiebung gesichert auf der Lenkspindel (12 ) befestigbar ist, und dass der Sicherungsabschnitt über einen Zwischenabschnitt (28 ) mit dem Laufbahnabschnitt (18 ) verbunden ist, wobei der Innenring (17 ) des Lagers im montierten Zustand nur an zwei Stellen an der Lenkspindel (12 ) anliegt, nämlich im Montageabschnitt (19 ) und bei der Kante (29 ) des Sicherungsabschnitts (20 ). - Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente (
33 ), die in einem Längsmittelschnitt des Innenrings (17 ) an die Innenfläche (32 ) des Innenrings (17 ) beim zweiten axialen Ende (27 ) des Innenrings (17 ) angelegt ist, gegenüber der zentralen Längsachse (24 ) einen Winkel (34 ) im Bereich von 15° bis 60°, vorzugsweise im Bereich von 15° bis 40°, aufweist. - Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (
17 ) am zweiten axialen Ende (27 ) eine ebene stirnseitige Schmalfläche (31 ) aufweist, die einen Winkel (58 ) im Bereich von 90° +/– 20° mit der Tangente (33 ) einschließt. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand des zweiten axialen Endes (
27 ) von der auf die axiale Ausdehnung des Laufbahnabschnitts (18 ) bezogenen Mitte des Laufbahnabschnitts (18 ) größer ist als der axiale Abstand des ersten zentralen Endes (26 ) von dieser Mitte des Laufbahnabschnitts (18 ) ist. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsabschnitt (
20 ) mit dem Zwischenabschnitt (28 ) über eine Abwinkelung von mindestens 45°, vorzugsweise von mehr als 70° verbunden ist. - Lager nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des Zwischenabschnitts (
28 ) größer ist als die axiale Erstreckung des Laufbahnabschnitts (18 ). - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (
28 ) im Längsmittelschnitt durch den Innenring (17 ) gesehen zumindest über 90% seiner Erstreckung parallel zur zentralen Längsachse (24 ) oder unter einer Abweichung von weniger als 20° gegenüber dem zur zentralen Längsachse parallelen Verlauf verläuft. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vom zweiten axialen Ende (
27 ) des Innenrings (17 ) mehrere in Umfangsrichtung des Innenrings (17 ) voneinander beabstandete Ausnehmungen (35 ) ausgehen, die zwischen den Ausnehmungen (35 ) liegende Zungen (36 ) des Sicherungsabschnitts (20 ) ausbilden. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsabschnitt (
20 ) im Längsmittelschnitt gesehen einen gebogenen Verlauf aufweist, wobei sich der Winkel zwischen einer Tangente, die an seine Innenfläche angelegt ist, und der zentralen Längsachse (24 ) zum zweiten axialen Ende (27 ) des Innenrings hin verringert. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageabschnitt sich zumindest über einen Teil seines im Längsmittelschnitt des Innenrings (
17 ) gesehenen Verlaufs, der vom Laufbahnabschnitt (18 ) ausgeht und bis zum ersten axialen Ende (26 ) des Innenrings (17 ) reicht, der zentralen Längsachse (24 ) annähert. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Montageabschnitts (
19 ) durch Abknicken des Innenrings (17 ) zwei oder mehr Schwächungen (39 ) ausgebildet sind, die kreisförmig um die zentrale Längsachse (24 ) verlaufen. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vom ersten axialen Ende (
26 ) des Innenrings (17 ) mehrere in Umfangsrichtung des Innenrings (17 ) voneinander beabstandete Ausnehmungen (37 ) ausgehen, die zwischen den Ausnehmungen (37 ) liegende Zungen (38 ) des Sicherungsabschnitts (20 ) ausbilden. - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkspindel (
12 ) die gegenüber einem Mantelrohr (13 ) von einem Lager (14 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 drehbar gelagert ist. - Lenksäule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (
12 ) gegenüber dem Mantelrohr (13 ) in einem Abstand von einem lenkradseitigen Ende (16 ) der Lenkspindel (12 ), der größer als der Abstand des Lagers (14 ) vom lenkradseitigen Ende (16 ) ist, von einem Zusatzlager (15 ) drehbar gelagert ist.
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