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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Lenksäulen für Kraftfahrzeuge sind bekannt, welche eine mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verbindbare Trageinheit, beispielsweise in Form von Konsolenteilen, und eine an dieser Trageinheit gehaltene und gegenüber dieser Trageinheit verstellbare Stelleinheit umfassen. Die Stelleinheit lagert eine Lenkspindel, welche zum Einleiten einer Lenkbewegung von einem Lenkrad in ein Lenksystem zur Übertragung der Lenkbewegung auf ein lenkbares Rad dient.
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Es ist bekannt, eine solche Stelleinheit gegenüber der Trageinheit mittels eines Verstellantriebs verstellbar auszulegen, um die Position eines an der Lenkspindel gehaltenen Lenkrades an die jeweilige Sitzposition eines Fahrers des Kraftfahrzeuges anpassen zu können. Dabei ist es bekannt, eine Verstellbarkeit der Stelleinheit in Achsenrichtung bezüglich der Lenkspindel bereit zu stellen, um eine Längsverstellung der Lenksäule zu erreichen. Weiterhin ist es bekannt, eine Höhenverstellung des Lenkrades durch ein Verschwenken der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit zu ermöglichen.
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Bekannte Verstellantriebe umfassen Elektromotoren, mittels welchen eine komfortable Verstellung der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit erreicht werden kann und welche auch das wiederholte Anfahren vorgespeicherter Positionen ermöglichen, wenn mehrere Fahrer das Kraftfahrzeug bedienen.
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Bei elektrisch verstellbaren Lenksäulen für Kraftfahrzeuge ist es notwendig, die Rotation einer Abtriebswelle eines Elektromotors in eine translatorische Verstellbewegung zum Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit zu erreichen. Dies erfolgt üblicherweise durch einen Gewindestangenantrieb, welcher eine auf dem Abtrieb des Elektromotors angeordnete Schneckenwelle sowie eine Spindelmutter umfasst, die an ihrer Außenseite als Schneckenrad ausgebildet ist, in dessen Verzahnung die auf der Abtriebswelle des Elektromotors angeordnete Schneckenwelle eingreift. Durch Rotation der ortsfesten Spindelmutter um die durch die Gewindestange definierte Rotationsachse wird die Gewindestange axial bewegt. Um einen definierten Verstellbereich der Lenksäule sicher zu stellen, ist ein mechanischer Endanschlag auf der Gewindestange vorgesehen.
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Aus der
AT 511 962 A4 ist eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welcher sowohl eine Verschiebung der Lenkspindel als auch eine Verschwenkung der Lenkspindel gegenüber einer Trageinheit vorgenommen werden kann, um eine entsprechende Positionierung des an der Lenkspindel gehaltenen Lenkrades zu erreichen. Beide Verstellbewegungen, also sowohl die Verschiebung als auch die Verschwenkung, werden über jeweils einen Spindelantrieb erreicht. Die Spindelantriebe umfassen jeweils eine Gewindestange, welche über eine Spindelmutter an einer der beiden gegeneinander verstellbaren Einheiten gehalten ist. Die Spindelmutter ist ortsfest gelagert und kann über einen Antriebsmotor mit einer Schneckenwelle, welche auf eine Außenverzahnung der Spindelmutter wirkt, rotiert werden, um über ein Innengewinde, welches mit der Gewindestange eingreift, entsprechend eine Translationsbewegung der Gewindestange bezüglich der Spindelmutter in Richtung der Gewindespindelachse zu erreichen. Durch die Translationsbewegung der Gewindestange wird die Verstellbewegung der Stelleinheit bewirkt.
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Die Spindelmutter, welche mit der Gewindestange in Eingriff steht, ist an deren Außenseite als Schneckenrad ausgebildet, in dessen Verzahnung eine Gewindeschnecke eingreift. Die Gewindespindel ist sowohl mit der Trageinheit als auch mit der Verstelleinheit gekoppelt, um entsprechend eine Relativbewegung der Verstelleinheit gegenüber der Trageinheit zu erreichen.
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Aus der gattungsbildenden
US 4 967 618 A ist eine elektrisch verstellbare Lenksäule bekannt, bei welcher die Spindelmutter einen Winkelausgleich ermöglicht, wobei die Spindelmutter über Wälzlager in einem Gehäuse gehalten werden und die Wälzlager zusammen mit der Spindelmutter verschwenkt werden, wodurch sich eine veränderte Krafteinleitungsrichtung auf die Lager ergibt, und entsprechend Axialkugellager nicht mehr ausschließlich mit einer Axialkraft belastet werden.
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Aus der
EP 2 402 232 A1 ist eine Verstellspindelanbindung am Mantelrohr einer elektrisch verstellbaren Lenksäule bekannt, welche sich in ausschließlich einer Ebene verschwenken lässt. Damit können sich Verspannungen zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter ergeben, welche zu einer Schwergängigkeit des Verstellantriebs führen können. Entsprechend muss ein Antriebsmotor so dimensioniert werden, dass er auch bei Vorliegen von Verspannungen in dem durch die Gewindespindel und die Spindelmutter gebildeten Antriebsstrang eine zuverlässige Verstellung ermöglichen kann.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenksäule bereitzustellen, welche einen verbesserten Aufbau bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verbindbare Trageinheit und eine an dieser gehaltenen Stelleinheit vorgeschlagen, welche eine Lenkspindel drehbar lagert, wobei die Position der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit mittels eines Stellantriebes verstellbar ist und der Verstellantrieb einen Antriebsmotor mit einer Schneckenwelle aufweist und eine Gewindestange mit einem Außengewinde aufweist, welches mit einem Innengewinde an der Spindelmutter des Verstellantriebes in Eingriff steht und wobei die Spindelmutter in einem Getriebegehäuse um die durch die Gewindestange definierte Rotationsachse herum drehbar gelagert ist, wobei die Schneckenwelle in eine Außenverzahnung der Spindelmutter eingreift. Erfindungsgemäß ist die Spindelmutter um mindestens zwei Ausgleichsachsen herum verschwenkbar in dem Getriebegehäuse gelagert.
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Damit kann die Spindelmutter nicht nur um die durch die Gewindestange definierte Rotationsachse herum, sondern zusätzlich auch um die Ausgleichsachsen herum verschwenkt werden.
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Dadurch, dass die Spindelmutter um mindestens zwei Ausgleichsachsen herum verschwenkbar in dem Getriebegehäuse gelagert ist, können Verspannungen zwischen der Spindelmutter und der Gewindestange reduziert oder ganz vermieden werden. Die Spindelmutter kann sich entsprechend nicht nur im die durch die Gewindestange gebildete Rotationsachse drehen, sondern auch in ihrer Lage im Getriebegehäuse um die mindestens zwei Ausgleichsachsen herum an die genaue Ausrichtung der Achse der Gewindespindel anpassen.
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Entsprechend tritt erhöhte Reibung, welche durch Verspannungen in den Verstelleinrichtungen von Lenksäulen aus dem Stand der Technik auftreten können, in der hier vorgestellten Lenksäule nicht auf oder ist zumindest deutlich reduziert. Entsprechend kann ein Motor, beispielsweise ein Elektromotor, welcher Teil des Verstellantriebes ist, kleiner dimensioniert werden und dennoch kann der Verstellantrieb zuverlässig betätigt werden und weist somit einen ruhige, gleichmässige Verstellbewegung auf.
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Weiterhin ist es aufgrund der Verschwenkbarkeit der Spindelmutter um mindestens zwei Ausgleichsachsen möglich, die Lenksäule und insbesondere die Verstelleinheit, die Trageinheit sowie den Verstellantrieb mit geringeren Toleranzanforderungen aufzubauen, und dadurch die Lenksäule auch aus diesem Grund insgesamt kostengünstiger herzustellen. Verspannungen, welche durch die geringen Toleranzanforderungen auftreten können, haben aufgrund des nun möglichen Ausgleichs nur einen reduzierten oder keinen Einfluss mehr auf die Funktion und Verstellbarkeit der Lenksäule.
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Durch den Einsatz der vorgeschlagenen, um mindestens zwei Ausgleichsachsen verschwenkbaren Spindelmutter kann damit ein gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lenksäulen vereinfachter Aufbau der gesamten Lenksäule erreicht werden, welcher sich in einem geringeren Verschleiß, einer reduzierten Geräuschemission sowie einer Kostenersparnis niederschlägt.
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Ein besonders einfacher Aufbau der Lagerung der Spindelmutter im Getriebegehäuse wird dadurch erreicht, dass die Spindelmutter im Getriebegehäuse gleitgelagert ist. Auf diese Weise kann auf aufwändige Wälzlager verzichtet werden und gleichzeitig eine zuverlässige Verschwenkung der Spindelmutter um mindestens zwei Ausgleichsachsen erreicht werden. Bevorzugt kann die Spindelmutter aus einem gleitoptimierten Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel einer Kupfer-Zink-Legierung, beschaffen sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausprägung ist die Spindelmutter an Wälzlagern abgestützt, wobei die Wälzlager im Getriebegehäuse ortsfest angeordnet sind. Mit anderen Worten schwenken die Wälzlager bei einer Verschwenkung der Spindelmutter um die mindestens zwei Ausgleichsachsen sowie um die durch die Gewindestange definierte Achse nicht mit, sondern verbleiben an ihrer Position im Getriebegehäuse. Durch den Einsatz von Wälzlagern kann eine dauerhafte, zuverlässige und reibungsarme Lagerung der Spindelmutter erreicht werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausbildung sind alle translatorischen Freiheitsgrade der Spindelmutter durch deren Lagerung im Getriebegehäuse gesperrt und die drei rotatorischen Freiheitsgrade sind hingegen frei. Entsprechend kann sowohl die Rotation der Spindelmutter um die Gewindestange herum sichergestellt werden, um überhaupt eine Verstellkraft in Verstellrichtung zwischen der Trageinheit und der Verstelleinheit zu bewirken, als auch eine freie Verschwenkung um die übrigen Achsen zum Ausgleich von Richtungsabweichungen erreicht werden. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass die Spindelmutter die Gewindestange spannungsfrei aufnehmen kann und entsprechend durch ihre Rotation eine Verstellbewegung aufbringen kann und jegliche Zwangszustände auf Grund einer Orientierungsänderung der Rotationsachse der Gewindestange vermieden werden.
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Die Spindelmutter bildet bevorzugt mit dem Getriebegehäuse ein Kugelgelenk, ein Kugelgleitgelenk, ein Kugelgleitgelenk mit einem inneren Axialwälzlager und einem Radiallager, ein Kugelgleitgelenk mit einem Schrägwälzlager oder ein Kugelwälzgelenk aus. Auf diese Weise sind alle Freiheitsgrade der Spindelmutter in dem Getriebegehäuse sichergestellt und gleichzeitig kann eine sichere Lagerung der Spindelmutter an das Getriebegehäuse erreicht werden.
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Die Schneckenwelle des Antriebmotors ist bevorzugt in ihrer Orientierung ortsfest bezüglich der Trageinheit angeordnet.
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Um eine weitere Entkopplung der Gewindestange bezüglich der Spindelmutter bereitstellen zu können, ist die Gewindestange bevorzugt in einer von der Spindelmutter beabstandeten Position um mindestens zwei Verschwenkachsen verschwenkbar an der Trageinheit oder der Verstelleinheit gehalten. Auf diese Weise können weitere Spannungen, welche sich durch Toleranzen oder durch Verschiebungen der Verstelleinheit relativ zur Trageinheit, welche sich nicht entlang der Achse der Gewindestange beziehungsweise parallel dazu erstrecken, abgebaut oder ausgeglichen werden. Entsprechend können auch hier Verspannungen, welche in den aus dem Stand der Technik bekannten Lenksäulen auftreten können, reduziert beziehungsweise vollständig vermieden werden. So ist es möglich, beispielsweise den Antriebsmotor kleiner zu dimensionieren und entsprechend die gesamte Lenksäule kostengünstiger herstellen zu können, bei gleichzeitig verbesserter Funktion, harmonischerer Verstellbewegung, reduziertem Verschleiß und reduziertem Geräuschniveau.
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Bevorzugt ist die Gewindestange mittels eines Haltebolzens um zweite, durch den Haltebolzen definierte Verschwenkachse verschwenkbar an einem um eine erste Verschwenkachse verschwenkbaren Anbindungselement gehalten. So kann entsprechend auf einfache mechanische Weise eine Entkopplung der Gewindestange um mindestens zwei Verschwenkachsen durch ein Kreuzgelenk erreicht werden.
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Figurenliste
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Lenksäule mit einer elektrischen Verstellung;
- 2 die Lenksäule aus 1 in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht;
- 3 die Lenksäule aus 1 in einer weiteren schematischen perspektivischen Seitenansicht;
- 4 ein Verstellantrieb für eine Lenksäule gemäß den vorgenannten Figuren in einer auseinandergezogenen Darstellung in einer ersten Ausführungsform;
- 5 eine schematische Schnittansicht durch einen Verstellantrieb in einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine schematische Schnittansicht durch eine Anbindung der Gewindestange des Verstellantriebes aus 5;
- 7 eine schematische Schnittansicht durch einen Verstellantrieb in einer weiteren Ausführungsform; und
- 8 eine schematische Schnittansicht durch einen Verstellantrieb in noch einer weiteren Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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1 zeigt eine Lenksäule 1, welche eine mit dem Chassis eines hier nicht gezeigten Kraftfahrzeugs verbindbare Trageinheit 10 aufweist, an welcher eine Stelleinheit 16 verstellbar gehalten ist. Die Trageinheit 10 umfasst eine Konsole 100, welche am Chassis des Kraftfahrzeugs, beispielsweise über Befestigungsbohrungen 102, befestigt werden kann.
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Die Stelleinheit 16 umfasst ein Mantelrohr 12, in welchem eine Lenkspindel 14 drehbar gelagert ist. Am lenkradseitigen Ende 141 der Lenkspindel 14 kann ein hier nicht gezeigtes Lenkrad befestigt werden. Die Lenkspindel 14 dient dazu, ein von einem Fahrer über das Lenkrad auf die Lenkspindel 14 eingebrachtes Lenkmoment in bekannter Weise auf ein hier nicht gezeigtes lenkbares Rad zu übertragen. Die Lenkspindel 14 kann dabei die Lenkbewegung von dem Lenkrad auf das lenkbare Rad unter Zwischenschaltung eines Lenkgetriebes, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Hilfskraftunterstützung, übertragen.
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In einer Variante kann die Lenkbewegung von der Lenkspindel 14 auch sensorisch, beispielsweise elektrisch, elektronisch oder magnetisch, abgetastet werden und in eine Steuerung eingespeist werden, welche unter Zuhilfenahme einer Lenkeinrichtung eine Verschwenkung des lenkbaren Rades zur Darstellung der Lenkbewegung ausführt. Derartige Systeme sind als Steer-by-wire bekannt.
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Das Mantelrohr 12 ist in einem Tragrohr 104 in einer Längsverstellrichtung X verschiebbar gehalten, wobei sich die Längsverstellrichtung X in Achsenrichtung der Lenkspindel 14 erstreckt. Durch eine Verstellung des Mantelrohrs 12 gegenüber dem Tragrohr 104 kann entsprechend eine Längsverstellung der Lenkspindel 14 und damit des nicht dargestellten Lenkrades zur Anpassung der Position des Lenkrades an die Sitzposition eines Fahrers des Kraftfahrzeugs erreicht werden.
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Das Tragrohr 104 ist verschwenkbar an der Konsole 100 befestigt und kann um eine Schwenkachse 106 gegenüber der Konsole 100 verschwenkt werden. Eine Verstellbarkeit der Stelleinheit 16 in einer Höhenverstellrichtung Z, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsverstellrichtung X orientiert ist, wird darüber ermöglicht, dass das Mantelrohr 12 über einen Verschwenkmechanismus 18 an der Konsole 100 gehalten ist. Damit ergibt sich eine Verschwenkbarkeit des Mantelrohrs 12 und der Lenkspindel 14 gegenüber der Trageinheit 10 und insbesondere gegenüber der Konsole 100 um die Schwenkachse 106 derart, dass auch eine Höhenverstellung des hier nicht gezeigten und an der Lenkspindel 14 angeordneten Lenkrades erreicht wird, um auch auf diese Weise eine Anpassung der Position des Lenkrades an die Sitzposition des Fahrers zu erreichen.
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Im Ausführungsbeispiel ist für jede der beiden Verstellrichtungen ein separater Verstellantrieb 2, 2' mit jeweils einem separatem Verstellgetriebe, umfassend eine Gewindestange 4, 4', sowie eine Spindelmutter 3.
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Ein Verstellantrieb 2 ist vorgesehen, mittels welchem eine Verstellung der Stelleinheit 16 gegenüber der Trageinheit 10 in Längsverstellrichtung X erreicht werden kann. Der Verstellantrieb 2 umfasst eine Gewindestange 4, welche über einen Anlenkhebel 120 mit dem Mantelrohr 12 verbunden ist. Der Anlenkhebel 120 ist in einem Schlitz 110 in dem Tragrohr 104 so verschiebbar geführt, dass eine Verschiebung des Anlenkhebels 120 gegenüber dem Tragrohr 104 zu einer Verschiebung der Stelleinheit 16 gegenüber der Trageinheit 10 führt.
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Die Gewindestange 4 ist an dem Anlenkhebel 120 gehalten und erstreckt sich in Längsverstellrichtung X. Die Gewindestange 4 ist auch in einer Spindelmutter 3 gehalten, welche ein Innengewinde 32 aufweist, das mit dem Außengewinde der Gewindestange 4 in Eingriff steht. Die Spindelmutter 3 ist drehbar aber ortsfest bezüglich des Tragrohrs 104 in einem Getriebegehäuse 50 gelagert, so dass eine Drehung der Spindelmutter 3 wegen des Gewindeeingriffs mit der Gewindestange 4 zu einer Axialbewegung der Gewindestange relativ zur Spindelmutter 3 führt. Mit anderen Worten findet durch eine Drehung der Spindelmutter 3 eine Relativbewegung zwischen Mantelrohr 12 und Tragrohr 104 so statt, dass eine Verstellung der Position der Stelleinheit 16 gegenüber der Trageinheit 10 durch die Drehung der Spindelmutter 3 bewirkt wird.
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Der Verstellantrieb 2 umfasst weiterhin einen Antriebsmotor 20, auf dessen Abtriebswelle 24 eine in 4 gut zu erkennende Schneckenwelle 22 angeordnet ist. Die Schneckenwelle 22 greift in eine Außenverzahnung 30 der Spindelmutter 3 ein, wobei die Außenverzahnung 30 als Schneckenrad ausgebildet ist. Die Rotationsachse der Schneckenwelle 22 und die Rotationsachse der Spindelmutter 3 stehen senkrecht aufeinander, wie es bei einem Schneckengetriebe an sich bekannt ist.
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Entsprechend kann durch eine Rotation der Abtriebswelle 24 des Antriebsmotors 20 die Spindelmutter 3 rotiert werden, wodurch eine Längsverstellung in Längsverstellrichtung X der Stelleinheit 16 gegenüber dem Tragrohr 104 und damit eine Verschiebung der Stelleinheit 16 gegenüber der Trageinheit 10 stattfindet.
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Ein weiterer Verstellantrieb 2' ist besonders gut in 3 zu erkennen. Dieser weitere Verstellantrieb 2' weist im Prinzip den gleichen Aufbau, wie der erste Verstellantrieb 2 auf. Der weitere Verstellantrieb 2' treibt eine Verstellbewegung der Stelleinheit 16 in Höhenverstellrichtung Z an. Über die Verdrehung der Gewindestange 4' wird eine nicht rotierbare Spindelmutter 3' in Axialrichtung verschoben. Die ‚Spindelmutter 3‘ ist über ein Gelenk 182 mit einem Stellhebel 181 verbunden. Der Stellhebel 181 ist verschwenkbar in einer Gelenkachse 183 am Tragrohr 104 und in einer Gelenkachse 184 an der Konsole 100. Dadurch wird erreicht, dass über die Gewindestange 4' eine entsprechende Verstellung auf den Verschwenkmechanismus 18 und damit auf die Stelleinheit 16 und das Tragrohr 104 aufbringt. Für einen erforderlichen Längenausgleich ist in einem der Gelenke eine entsprechende Ausgleichsfunktion integriert. Im Beispiel ist dies durch eine Langlochaufnahme eines die Schwenkachse 106 bildenden Bolzens in der Konsole dargestellt.
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In 4 ist der Verstellantrieb 2 noch einmal in einer schematischen, perspektivischen und auseinandergezogenen Ansicht gezeigt. Der Antriebsmotor 20 mit der Abtriebswelle 24, auf welcher die Schneckenwelle 22 ausgebildet ist, ist zu erkennen. Die Schneckenwelle 22 steht mit der als Schneckenrad ausgebildeten Außenverzahnung 30 der Spindelmutter 3 im Eingriff. Dabei weist die Aussenverzahnung 30 der Spindelmutter 3 eine bombierte Zahngeometrie auf. Die Spindelmutter 3 ist im Getriebegehäuse 50 ortsfest und um die durch die Gewindestange 4 ausgebildete Rotationsachse 400 drehbar gehalten. Die Spindelmutter 3 ist dabei in Richtung der Rotationsachse 400 relativ zum Tragrohr 104 nicht verschiebbar gelagert. Die Gewindestange 4 steht mit ihrem Außengewinde 42 in Eingriff mit dem Innengewinde 32 der Spindelmutter 3. Das Getriebegehäuse 50 sorgt entsprechend dafür, dass durch eine Drehung der Spindelmutter 3 die mit dieser in Eingriff stehende Gewindestange 4 in Richtung der Rotationsachse 400 der Gewindestange 4 verschoben werden kann, da es die Spindelmutter 3 abstützt.
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Die Gewindestange 4 ist, wie aus den 1 bis 4 zu erkennen, in einem Anbindungselement 6 festgelegt, welches an einem Anlenkhebel 120 und einer Anlenkaufnahme 122 gehalten ist. Der Anlenkhebel 120 sowie die Anlenkaufnahme 122 weisen jeweils Bohrungen 121, 123 auf, in welche ein Zapfen 62 des Anbindungselementes 6 eingreift. Das Anbindungselement 6 ist entsprechend um die durch den Zapfen 62 ausgebildete erste Verschwenkachse 600 an dem Anlenkhebel 120 verschwenkbar gehalten. Der Anlenkhebel 120 und die Anlenkaufnahme 122 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel starr mit dem Mantelrohr 12 verbunden, so dass eine translatorische Bewegung des Anlenkhebels 120 in einer Positionsveränderung des Mantelrohrs 12 und damit in einer Positionsveränderung der Verstelleinheit 16 gegenüber der Trageinheit 10 resultiert.
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Die Gewindestange 4 wird in einer Gewindestangenaufnahme 60 des Anbindungselementes 6 gehalten. Dadurch, dass das Anbindungselement 6 an dem Anlenkhebel 120 und der Anlenkaufnahme 122 um die erste Verschwenkachse 600 verschwenkbar gehalten ist, können Verspannungen in dieser Verschwenkrichtung nicht aufgebaut werden, so dass eine im Wesentlichen verspannungsfreie Aufnahme der Gewindestange 6 an der Verstelleinheit 16 und insbesondere über den Anlenkhebel 120 an dem Mantelrohr 12 ermöglicht wird.
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Die Gewindestange 4 ist weiterhin in dem Anbindungselement 6 über einen Haltebolzen 64 gehalten, welcher durch eine entsprechende schematisch angedeutete Bohrung 48 in der Gewindestange 4 hindurchgeführt wird. Der Haltebolzen 64 verriegelt die Gewindestange 4 in dem Anbindungselement 6 derart, dass die Gewindestange 4 im Wesentlichen drehfest bezüglich der Rotationsachse 400 sowie translationsfest bezüglich einer in Richtung der Rotationsachse 400 der Gewindestange 4 gerichteten Translationsbewegung in dem Anbindungselement 6 gehalten ist. Damit stützt sich die Gewindestange 4 über das Anbindungselement 6 an dem Anlenkhebel 120 ab.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Verschwenkachse 600, um die herum das Anbindungselement 6 am Anlenkhebel 120 verschwenkt werden kann, senkrecht einer zweiten Verschwenkachse 640, die durch den Haltebolzen 64 definiert ist, angeordnet. Weiterhin ist die Gewindestangenaufnahme 60 in dem Anbindungselement 6 so dimensioniert, dass eine Verschwenkung der Gewindestange 4 relativ zu dem Anbindungselement 6 um die zweite Verschwenkachse 640 des Haltebolzens 64 herum stattfinden kann. Damit ist die Gewindestange 4 an dem Anlenkhebel 120 sowohl um die erste Verschwenkachse 600 herum, welche durch den Zapfen 62 des Anbindungselementes 6 definiert ist, als auch um die weite Verschwenkachse 640 des Haltebolzens 64 herum verschwenkbar gehalten. Die Schwenkachsen 600, 640 bilden somit ein Kreuzgelenk, dass eine entsprechende mögliche Verschwenkung der Gewindestange 4 an dem Anlenkhebel 120 um zwei Verschwenkachsen 600, 640 herum stattfinden, so dass Verspannungen der Gewindestange 4 gegenüber dem Anlenkhebel 120 nicht aufgebaut werden können. Um eine Verschwenkung der Gewindestange 4 in Bezug auf das Anbindungselement 6 zu ermöglichen, weist die Gewindestangenaufnahme 60 ausreichend Spiel zur Gewindestange 4 und dessen Aussengewinde 42 auf.
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Der Aufbau des Anbindungselementes 6 mit dem hindurchgeführten Haltebolzen 64, welcher die Gewindestange 4 in dem Anbindungselement 6 hält, sowie die Aufnahme des Anbindungselementes 6 über dessen Zapfen 62 an dem Anlenkhebel 120 und der Anlenkaufnahme 122 sind in einer schematischen Schnittdarstellung noch einmal in 6 gezeigt.
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In 5 ist in einer weiteren Schnittdarstellung zu erkennen, dass die Gewindestangenaufnahme 60 des Anbindungselementes 6 derart ausgebildet ist, dass die Gewindestange 4 um die durch den Haltebolzen 64 gebildete zweite Verschwenkachse 640 herum nur um einen begrenzten Winkelbereich herum verschwenkt werden kann. Entsprechend ist die Ausnehmung der Gewindestangenaufnahme 60 von der durch die erste Verschwenkachse 600 definierten Mitte des Anbindungselementes 6 aus expandierend beziehungsweise divergierend ausgebildet.
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Die Spindelmutter 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Getriebegehäuse 50 der Ausgleichseinheit 5 gleitgelagert. Die Lageroberflächen 34 der Spindelmutter 3 sind im Wesentlichen sphärisch ausgebildet und an entsprechenden Gegenoberflächen 54 des Getriebegehäuses 50, welche komplementär zu den Lageroberflächen 34 der Spindelmutter 3 ausgebildet sind, gehalten.
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Entsprechend kann die Spindelmutter 3 um die durch die Gewindestange 4 definierte Rotationsachse 400 herum gedreht werden, indem der hier nicht gezeigte Schneckentrieb in die Außenverzahnung 30 der Spindelmutter 3 eingreift. Weiterhin kann die Spindelmutter 3 auch um mindestens zwei nicht mit der Rotationsachse 400 der Gewindestange 4 zusammenfallende Ausgleichsachsen, nämlich eine erste Ausgleichsachse 300 und eine zweite Ausgleichsachse 320, herum verschwenkt werden. Die erste Ausgleichsachse 300 liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen parallel zu der in der Figur nicht gezeigten Abtriebswelle des Antriebsmotors 20. Die zweite Ausgleichsachse 320 steht im gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht zu der ersten Ausgleichsachse 300 und schneidet diese. Die erste Ausgleichsachse 300 und die zweite Ausgleichsachse 320 stehen weiterhin senkrecht auf der Achse 400 der Gewindestange 4 und schneiden diese in einem gemeinsamen Punkt. Damit ist die Spindelmutter 3 in allen drei rotatorischen Freiheitsgeraden im Wesentlichen frei beweglich, nämlich um die Achse 400 der Gewindestange 4 herum sowie um die erste Ausgleichsachse 300 und die zweite Ausgleichsachse 320 herum.
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Damit kann die Spindelmutter 3 nicht nur eine Rotationsbewegung um die Achse 400 der Gewindestange 4 herum durchführen, sondern es kann auch eine Verschwenkung der Spindelmutter 3 in andere Richtungen stattfinden, so dass die Spindelmutter 3 der Ausrichtung der Rotationsachse 400 der Gewindestange 4 folgen kann, wenn die Gewindestange 4 verschwenkt wird. Daraus ergibt sich, dass das Innengewinde 32 der Spindelmutter 3 stets in einem spannungsfreien Eingriff mit dem Außengewinde 42 der Gewindestange 4 steht. Entsprechend kann eine im Wesentlichen spannungsfreie Führung der Gewindestange 4 in der Spindelmutter 3 erreicht werden, so dass der Verschleiß und die akustischem Emissionen reduziert werden können und das Antriebsmoment, welche von dem Antriebsmotor 20 auf die Spindelmutter 3 aufgebracht werden muss, ebenfalls reduziert werden kann. Damit kann auch ein kleiner dimensionierter Antriebmotor 20 gewählt werden, so dass die gesamte Lenksäule 1 kostengünstiger aufgebaut werden kann.
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Zur Durchführung der eigentlichen Verstellbewegung stützt sich die Spindelmutter 3 an dem Getriebegehäuse 50 ab, insbesondere darüber, dass die Lageroberfläche 34 der Spindelmutter 3 an der entsprechenden Gegenoberfläche 54 des Getriebegehäuses 50 anliegt. Damit kann die über den Verstellantrieb 2 aufzubringende Translationsbewegung entsprechend durchgeführt werden.
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Dadurch, dass die Spindelmutter 3 in allen Richtungen mit ihren Lageroberflächen 34 an den entsprechenden Gegenoberflächen 54 des Getriebegehäuses 50 anliegt, sind alle translatorischen Freiheitsgerade der Spindelmutter 3 gesperrt, so dass sich die Spindelmutter 3 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 nicht verschieben kann.
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Die Gewindestange 4 tritt durch eine Eingangsöffnung 51 in das Getriebegehäuse 50 ein und durch eine Ausgangsöffnung 52 wieder aus dem Getriebegehäuse 50 aus. Die Eingangsöffnung 51 und die Ausgangsöffnung 52 sind so gestaltet, dass sie ein Blockieren der Gewindestange 4 auch bei einer Verschwenkung der Gewindestange 4 im Getriebegehäuse 50 nicht beeinträchtigen. Die Ausgangsöffnung 52 ist entsprechend ebenfalls divergierend ausgebildet, so dass hier eine entsprechende Verschwenkbewegung beziehungsweise Ausgleichsbewegung der Gewindestange 4 nicht beeinträchtigt wird.
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Die Spindelmutter 3 ist entsprechend in den drei rotatorischen Freiheitsgraden frei in dem Getriebegehäuse 50 gehalten. Sie ist jedoch in allen drei translatorischen Freiheitsgraden gesperrt.
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Die Lagerung der Spindelmutter 3 in dem Getriebegehäuse 50 ist in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Kugelgleitgelenks ausgebildet. Die Spindelmutter 3 ist aus einem gleitoptimiertem Kunststoff beschaffen zur Gewährleistung guter tribologischer Eigenschaften.
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In 7 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei die Anbindung der Gewindestange 4 an den Anlenkhebel 120 im Wesentlichen identisch ist zu der in dem vorigen Ausführungsbeispiel gezeigten.
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Die Spindelmutter 3 ist jedoch über Wälzlager 56 in dem Gewindegehäuse 50 gehalten, wobei die Wälzlager 56 auf entsprechenden Lageroberflächen 34 der Spindelmutter 3 abwälzen. Die Wälzlager 56 sind ortsfest in dem Getriebegehäuse 50 gehalten und nur die Spindelmutter 3 kann sich um die erste Ausgleichsachse 300 und die zweite Ausgleichsachse 320 herum verschwenken, um ein mögliches Ausgleichen von Verspannungen zu ermöglichen. Die Spindelmutter 3 bildet mit dem Getriebegehäuse 50 entsprechend ein Kugelgelenk mit zwei Wälzlager aus. Die Wälzlager befinden sich in einer X-Anordnung, so dass der Druckmittelpunkt der Wälzlager direkt auf dem Schnittpunkt der Ausgleichsachsen 300, 320 liegt.
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In 8 ist ebenfalls ein Verstellantrieb 2 in noch einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Hier ist die Spindelmutter 3 durch ein inneres Gleitlager 58 und ein Wälzlager 56 gehalten. Die Spindelmutter 3 ist auch auf diese Weise wiederum um die erste Ausgleichsachse 300 und die zweite Ausgleichsachse 320 herum verschwenkbar angeordnet, derart, dass Verspannungen nicht auftreten können beziehungsweise sofort abgebaut werden.
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Anstelle der gezeigten Kombination aus Gleitlager 58 und Wälzlager 56 kann auch ein Schrägwälzlager vorgesehen sein Bei dieser Ausführungsvariante ist der Innenring, der mit der Spindelmutter gekoppelt ist, gegenüber dem Außenring verschwenkbar.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 10
- Trageinheit
- 12
- Mantelrohr
- 14
- Lenkspindel
- 141
- lenkradseitiges Ende
- 16
- Stelleinheit
- 18
- Verschwenkmechanismus
- 100
- Konsole
- 102
- Befestigungsbohrung
- 104
- Tragrohr
- 106
- Schwenkachse
- 110
- Schlitz
- 120
- Anlenkhebel
- 121
- Bohrung
- 122
- Anlenkaufnahme
- 123
- Bohrung
- 181
- Stellhebel
- 182
- Gelenk
- 183
- Gelenkachse
- 184
- Gelenkachse
- 2
- Verstellantrieb
- 2'
- Verstellantrieb
- 20
- Antriebsmotor
- 20'
- Antriebsmotor
- 22
- Schneckenwelle
- 24
- Abtriebswelle
- 3
- Spindelmutter
- 30
- Außenverzahnung
- 32
- Innengewinde
- 34
- Lageroberfläche
- 300
- erste Ausgleichsachse
- 320
- zweite Ausgleichsachse
- 4
- Gewindestange
- 4'
- Gewindestange
- 40
- Endabschnitt
- 42
- Außengewinde
- 44
- Endanschlag
- 46
- Sprengring
- 48
- Bohrung
- 400
- Rotationsachse der Gewindestange
- 5
- Ausgleichseinheit
- 50
- Getriebegehäuse
- 51
- Eingangsöffnung
- 52
- Ausgangsöffnung
- 54
- Gegenoberfläche
- 56
- Wälzlager
- 58
- inneres Gleitlager
- 6
- Anbindungselement
- 60
- Gewindestangenaufnahme
- 62
- Zapfen
- 64
- Haltebolzen
- 600
- erste Verschwenkachse
- 640
- zweite Verschwenkachse
- X
- Längsverstellrichtung
- Z
- Höhenverstellrichtung
