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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftfahrzeuglenkungen und dort auf die Kopplung einer lenkradseitigen Eingangswelle mit einer lenkgetriebeseitigen Ausgangswelle über einen drehelastischen Torsionsstab. Über einen solchen Torsionsstab lässt sich in Zusammenwirkung mit einer Messeinrichtung zur Erfassung des Verdrehwinkels zwischen der Eingangswelle unter Ausgangswelle das an einer Lenksäule anliegende Drehmoment erfassen.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und einen Torsionsstab, der die Eingangswelle mit der Ausgangswelle um eine Längsachse des Torsionsstabsdreh elastisch koppelt, wobei der Torsionsstab über einen ersten Fügeabschnitt mit einem korrespondierenden Fügeabschnitt der Eingangswelle und über einen zweiten Fügeabschnitt mit einem korrespondierenden Fügeabschnitt der Ausgangswelle drehfest verbunden ist und wobei zumindest eine dieser beiden Verbindungen korrespondierende Fügeabschnitte als Pressverband ausgebildet ist.
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Entsprechende Lenksäulen, bei denen der Torsionsstab zumindest einseitig mittels eines Pressverbands an der Ausgangswelle befestigt ist, sind beispielsweise aus
DE 10 2010 039 125 A1 und
DE 10 2013 109 284 A1 bekannt.
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Herkömmliche Verbindungen weisen oftmals unbefriedigende Rundlauftoleranzen auf, welche sich auf den Drehmomentsensor störend auswirken können. Bei Pressverbänden besteht zudem das Problem, dass sich die Fügeparameter schwer kontrollieren lassen, so dass die Ausschussrate verhältnismäßig hoch ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Fertigungsqualität beim Fügeprozess des Torsionsstabs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lenksäule gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenksäule zeichnet sich dadurch aus, dass an der mindestens einen als Pressverband ausgebildeten Verbindung der Fügeabschnitt des Torsionsstabs eine sich in Richtung der Längsachse des Torsionsstabs erstreckende Bohrung aufweist.
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Es hat sich gezeigt, dass sich durch diese Maßnahme überraschenderweise eine erheblich verbesserte Fertigungsqualität erzielen lässt.
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Über eine solche Bohrung ist es möglich, unabhängig von den Bauteiltoleranzen und weiteren Verbindungsparametern einen optimalen elastischen Pressverband zu gewährleisten und beim Einpressen eine gut reproduzierbare Normalkraft zwischen den Fügeflächen einzustellen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Vorzugsweise ist an dem Pressverband die Länge der Bohrung so gewählt, dass sich diese über mindestens 80 % der Einpresslänge des Pressverbands erstreckt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Kraftverteilung gewährleistet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an dem Pressverband die Länge der Bohrung so gewählt, dass diese höchstens das 1,2-fache der Einpresslänge des Pressverbands beträgt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Festigkeitseigenschaften und das Torsionsverhalten des Torsionsstabs aus.
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Vorzugsweise ist an dem Pressverband der Innendurchmesser der Bohrung größer als 60 % des Außendurchmessers des zugehörigen Fügeabschnitts des Torsionsstabs. Hierdurch ist es möglich, beim Einpressen die Schwankung der Normalkraft weiter zu verringern, um dadurch den Reibwert und die Fügekraft unabhängig von Bauteiltoleranzen und weiteren Verbindungsparametern möglichst konstant zu halten.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn an dem Pressverband der Innendurchmesser der Bohrung kleiner 90 % des Außendurchmessers des zugehörigen Fügeabschnitts des Torsionsstabs ist, um eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist an dem Pressverband der zugehörige Fügeabschnitt des Torsionsstabs eine kreiszylindrische Außenkontur auf, welche sich kostengünstig fertigen lässt.
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Vorzugsweise ist am korrespondierenden Fügeabschnitt der Eingangswelle/Ausgangswelle eine kreiszylindrische Bohrung vorgesehen, welche mit der kreiszylindrischen Außenkontur am Fügeabschnitt des Torsionsstabs eine Presspassung bildet.
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Es ist jedoch auch möglich, für den Pressverband eine unrunde Konturierung sowohl am Fügeabschnitt des Torsionsstabs als auch am korrespondierenden Fügeabschnitt der Eingangswelle/Ausgangswelle vorzusehen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Lenkwelle im Längsschnitt, und in
- 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II durch den Pressverband in 1.
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Das Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 zeigt eine Lenksäule 1, welche sich insbesondere für den Einsatz in einer Fahrzeuglenkung eignet.
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Die Lenksäule weist eine Eingangswelle 10 und eine Ausgangswelle 11 auf, welche durch einen Torsionsstab 12 drehelastisch miteinander gekoppelt sind. Der Torsionsstab 12 ist innerhalb der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 11 angeordnet und verläuft koaxial zu beiden.
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Die Eingangswelle 10 der Lenksäule 1 leitet zu einem nicht näher dargestellten Lenkrad während sich die Ausgangswelle 11 in ein nicht näher dargestelltes Lenkgetriebe erstreckt.
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Die Ausgangswelle 11 weist ein Ritzel 13 auf, das mit einer Zahnstange der Lenkung 1 kämmt.
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Ferner ist in 1 ein Drehmomentsensor 14 angedeutet, mit dem die Relativverdrehung zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 11 erfasst wird. Anhand des erfassten Drehwinkels kann unter Berücksichtigung der Torsionselastizität des Torsionsstabs 12 das an der Lenksäule 1 anliegende Drehmoment ermittelt werden.
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Der Torsionsstab 12 weist an einem ersten Ende einen ersten Fügeabschnitt 15 auf, der mit einem korrespondierenden Fügeabschnitt 16 der Eingangswelle 10 in Eingriff steht, sowie an einem zweiten Ende einen zweiten Fügeabschnitt 17, der mit einem korrespondierenden Fügeabschnitt 18 der Ausgangswelle 11 in Eingriff steht. Beide Verbindungen korrespondierender Fügeabschnitte 15/16 bzw. 17/18 sind drehfest miteinander verbunden.
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Zwischen den Fügeabschnitten 15 und 17 kann der Torsionsstab 12 einen taillierten Abschnitt 18 aufweisen. Gegebenenfalls kann dieser taillierte Abschnitt 19 jeweils durch einen Bund 20 bzw. 21 zu dem benachbarten Fügeabschnitt 15 bzw. 17 abgesetzt sein.
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Zumindest eine der beiden Verbindungen korrespondierender Fügeabschnitte 15/16 bzw. 17/18 ist als Pressverband ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Verbindungen als Pressverband dargestellt. Es ist jedoch möglich, eine dieser beiden Verbindungen auch in anderer Art und Weise auszugestalten, beispielsweise als Kerbverzahnung oder mit sonstiger Verzahnungsgeometrie. Auch eine Festlegung mittels eines Querbolzens oder dergleichen ist möglich.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der mindestens einen als Pressverband ausgebildeten Verbindung der Fügeabschnitt 15 bzw. 17 des Torsionsstabs 12 eine sich in Richtung der Längsachse A des Torsionsstabs 12 erstreckende Bohrung 22 bzw. 23 aufweist.
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Die Bohrung 22 bzw. 23 ist vom Stirnende des jeweiligen Fügeabschnitts 15 bzw. 17 her vorgenommen. Die Länge I der Bohrung 22 bzw. 23 erstreckt sich vorzugsweise über mindestens 80 % der Einpresslänge e des Pressverbands. Vorzugsweise beträgt die Länge I der Bohrung 22 bzw. 23 höchstens das 1,2-fache der Einpresslänge e des Pressverbands. Als Einpresslänge e wird vorliegend die außenseitige Länge des Führungsabschnitts 15 bzw. 17 verstanden, welche mit dem zugehörigen Fügeabschnitt 16 bzw. 18 der Eingangswelle/Ausgangswelle 10 bzw. 11 in Kontakt steht.
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Weiterhin kann an dem Pressverband der Innendurchmesser Di der Bohrung 22 bzw. 23 größer als 60 % des Außendurchmessers Da des zugehörigen Fügeabschnitts 15 bzw. 17 des Torsionsstabs 12 gewählt werden.
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Vorzugsweise ist an dem Pressverband jedoch der Innendurchmesser Di der Bohrung 22 bzw. 23 nicht größer als 90 % des Außendurchmessers Da des zugehörigen Fügeabschnitts 15 bzw. 17 des Torsionsstabs 12.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Fügeabschnitt 15 bzw. 17 des Torsionsstabs 12 eine kreiszylindrische Außenkontur auf, welche in eine korrespondierende kreiszylindrische Bohrung 24 bzw. 25 am korrespondierenden Fügeabschnitt 16 bzw. 18 der Eingangswelle/Ausgangswelle 10/11 axial eingepresst ist. Anstelle einer kreiszylindrischen Außenkontur sind jedoch auch andere axial verpressbare Außengeometrien möglich.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lassen sich bei der Fertigung während des Fügeprozesses des Torsionsstabs 12 der Ausschuss verringern und eine höhere Fertigungsqualität erzielen. Dies gestattet es wiederum, unabhängig von den Bauteiltoleranzen und weiteren Verbindungsparametern einen idealen elastischen Pressverband abzusichern.
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Durch die Bohrung 22 bzw. 23 im Fügeabschnitt 15 bzw. 17 des Torsionsstabs 12 ist es möglich, die beim Einpressen auftretenden Normalkräfte senkrecht zur Oberfläche der Außenkontur des Fügeabschnitts 15 bzw. 17 in der Fertigung weitgehend konstant zu halten. Dies hat den Vorteil, dass wiederum die Fügekraft und der Reibbeiwert konstant bleiben, wodurch eine hohe Reproduzierbarkeit der Prozessparameter gewährleistet werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Fertigungsqualität aus.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel und dessen Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 10
- Eingangswelle
- 11
- Ausgangswelle
- 12
- Torsionsstab
- 13
- Ritzel
- 14
- Drehmomentsensor
- 15
- Fügeabschnitt des Torsionsstabs
- 16
- Fügeabschnitt der Eingangswelle
- 17
- Fügeabschnitt des Torsionsstabs
- 18
- Fügeabschnitt der Ausgangswelle
- 19
- taillierter Abschnitt
- 20
- Bund
- 21
- Bund
- 22
- Bohrung
- 23
- Bohrung
- 24
- Bohrung
- 25
- Bohrung
- A
- Längsachse des Torsionsstabs
- Da
- Außendurchmesser des Fügeabschnitts 15 bzw. 17 des Torsionsstabs 12
- Di
- Innendurchmesser der Bohrung 22 bzw. 23 des Fügeabschnitts des Torsionsstarts 12
- e
- Einpresslänge
- I
- Länge der Bohrung 22 bzw. 23
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010039125 A1 [0003]
- DE 102013109284 A1 [0003]
- DE 10316124 A1 [0004]
- DE 102006057022 A1 [0004]
- DE 102007025200 A1 [0004]
