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Die Erfindung betrifft eine O-Lageranordnung für eine Lenksäule mit einer Lagerachse, eine Lenksäule mit einer solchen O-Lageranordnung, sowie ein Montageverfahren für eine solche O-Lageranordnung an einer solchen Lenksäule.
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Aus dem Stand der Technik sind Lenksäulen mit ausziehbarem Lenkrad bekannt. Dabei ist in einer Ausführungsform eine axial fixierte untere Lenkwelle zum kraftübertragenden Verbinden mit einem Lenkgetriebe, beispielsweise einem Lenktrapez, und einer axial verschiebbare obere Lenkwelle zum Aufnehmen von einer Lenkeingabe mittels eines Lenkrads durch einen Fahrzeugfahrer bekannt. Die obere Lenkwelle ist in einer Schubhülse abgestützt, welche zu der oberen Lenkwelle axial fixiert und relativ zu der unteren Lenkwelle axial verschiebbar ist. Zwischen einem unteren Anschlag für die obere Lenkwelle und einem oberen Anschlag, welche eine geeignete Ausziehstrecke definieren, ergibt sich ein langer axialer Abstand. Für eine große Kippsteifigkeit wäre es daher vorteilhaft, unten-seitig, also beim Ende der oberen Lenkwelle hin zu dem Lenkgetriebe, ein Wälzlager vorzusehen. Dieses müsste dann aber für eine axiale Relativbewegung eingerichtet sein. Dies ist unter den herrschenden Kostenvorgaben nicht einfach realisierbar. Alternativ ist ein kippsteifes Wälzlager oben-seitig, also beim Ende der oberen Lenkwelle hin zu dem Lenkrad, als eine Fest-Los-Lageranordnung vorgesehen, sodass dadurch eine große Stützbreite erreichbar ist. Dies würde auf Kosten einer zusätzlich benötigten axialen Verlängerung der oberen Lenkwelle und der Schubhülse gehen und ist aufgrund der Bauraumverhältnisse für viele Anwendungsfälle ausgeschlossen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine O-Lageranordnung für eine Lenksäule mit einer Lagerachse, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine erste Wälzkörperreihe;
- - eine zweite Wälzkörperreihe;
- - einen Lageraußenring zum axialen Abstützen der ersten Wälzkörperreihe und der zweiten Wälzkörperreihe;
- - einen ersten Lagerinnenring zum axialen Abstützen der ersten Wälzkörperreihe;
- - einen zweiten Lagerinnenring zum axialen Abstützen der zweiten Wälzkörperreihe. Die O-Lageranordnung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenhülse vorgesehen ist, wobei der erste Lagerinnenring an der Innenhülse radial abgestützt ist und wobei der zweite Lagerinnenring zu der Innenhülse ein radiales Spiel aufweist,
wobei der erste Lagerinnenring und der zweite Lagerinnenring mittels der Innenhülse zumindest verliersicher gehalten sind.
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Es wird im Folgenden auf die genannte (theoretische) Lagerachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss. Es werden die Begriffe unten und oben beziehungsweise unten-seitig und oben-seitig verwendet. Diese entsprechen nicht zwangsläufig einer räumlichen Lage in einer Einbausituation, sondern sind einzig als entlang der axialen Erstreckung gegensätzliche relative Lagen der derart beschriebenen Komponenten beziehungsweise Seiten einer Komponente zueinander zu verstehen.
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Die hier vorgeschlagene O-Lageranordnung ist für eine Lenksäule eingerichtet, sodass die Lenkwellen gegen Querkräfte auf eine Vorrichtung zur Lenkeingabe, beispielsweise ein Lenkrad, durch einen Fahrzeugfahrer ausreichend kippsteif sind und möglichst reibungsarm um eine gemeinsame Lagerachse verdrehbar sind. Die O-Lageranordnung erlaubt dabei ein Ausziehen, also ein Verändern der axialen Länge der Lenksäule, indem die untere Lenkwelle und die obere Lenkwelle axial zueinander verschiebbar sind. Die beiden Lenkwellen sind beispielsweise mittels einer Steckverzahnung drehmomentsteif miteinander verbunden, wobei die Verzahnung der Steckverzahnung zugleich axial zueinander verschiebbar sind. Die untere Lenkwelle ist separat kippsteif abgestützt und kragt zu der oberen Lenkwelle aus. Die obere Lenkwelle weist bevorzugt einzig die hier vorgeschlagene O-Lageranordnung auf. Die obere Lenkwelle ist dann einzig mittels der O-Lageranordnung gegen Verkippen gelagert. Auf die drehmomentsteife Verbindung zu der unteren Lenkwelle ist die obere Lenkwelle bevorzugt freikragend freigestellt. Bei einer auslegungsgemäßen Querlast oben-seitig an der oberen Lenkwelle werden somit an der Verbindungsstelle zwischen der unteren Lenkwelle und der oberen Lenkwelle keine oder nur geringe Kipplasten übertragen. Dafür bildet die hier vorgeschlagene O-Lageranordnung eine breite Stützweite.
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Es ist eine erste Wälzkörperreihe und eine zweite Wälzkörperreihe vorgesehen, welche neben einer reinen Radiallastaufnahme zu einer Axiallastaufnahme eingerichtet sind. Eine Wälzkörperreihe, auch als Lagerreihe bezeichnet, umfasst eine Mehrzahl von Wälzkörpern, welche im rotierenden Betrieb auf einer gemeinsamen Lagerbahn, beispielsweise als Lagerrille bezeichnet, an dem jeweiligen Lagerinnenring und an dem jeweiligen Lageraußenring abwälzend umlaufen. Dazu sind die Wälzlagerreihen beispielsweise zu einem Schrägkugellager, Kegellager oder Kegel-Nadellager ausgebildet, also die Wälzkörper als Kugeln, Kegel oder Nadeln (dünne Zylinder) ausgebildet. Die Kraftlinien, also der Kraftfluss durch die Wälzkörper, der beiden Wälzlagerreihen ist dabei nach radial außen, also in den Lageraußenring, (axial) aufeinander zu ausgerichtet und nach radial innen (axial) voneinander weg gerichtet. Die Kraftlinien sind also zu der Lagerachse geneigt ausgerichtet, wobei der zu der Wälzkörperebene, zu welcher die Lagerachse normal ausgerichtet ist, eingeschlossene Winkel als Druckwinkel bezeichnet wird. Die Wälzkörperebene ist durch den Druckpunkt der Wälzkörper, bei einer Kugel das Zentrum, verlaufend definiert. Im Schnitt ergibt sich so eine Rautenform beziehungsweise eine (namensgebende) O-Form. Die Stützweite der O-Lageranordnung ergibt sich aus dem axialen Abstand der Schnittpunkte der Kraftlinien der jeweiligen Wälzkörperreihe mit der Lagerachse. Daher ist schon bei einem geringen Abstand der beiden Wälzlagerreihen, also bei geringem axialem Bauraum für die O-Lageranordnung, infolge des vorliegenden Lagerradius und des Winkels der Kraftlinie eine große Stützweite erzielbar und damit eine große Kippsteifigkeit erzielbar. Im Vergleich zu einem einreihigen Vierpunktkugellager, bei welchem ein maximaler Druckwinkel 30° [dreißig Grad] zulässig ist, ist damit, beispielsweise mit einem Druckwinkel von 45°, bei gleichem Lagerradius eine enorme Vergrößerung der Stützweite erreichbar. In obigem Druckwinkelbeispiel ist eine Zunahme der Stützweite um etwa den Faktor 0,2 [zwei Zehntel] plus den axialen Abstand der beiden Wälzkörperebenen der beiden Wälzkörperreihen voneinander erzielbar.
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Nun muss eine solche O-Lageranordnung aber auch kosteneffizient montierbar sein. Dazu ist ein Lageraußenring zum axialen Abstützen der ersten Wälzkörperreihe und der zweiten Wälzkörperreihe vorgesehen, beispielsweise ein gerollter Ring in konventioneller Ausführungsform. Weiterhin ist ein erster Lagerinnenring zum axialen Abstützen der ersten Wälzkörperreihe und ein zweiter Lagerinnenring zum axialen Abstützen der zweiten Wälzkörperreihe vorgesehen. Zumindest einer der beiden Lagerinnenringe ist bevorzugt als Blechbauteil ausgeführt, also nicht als gerollter Ring. Vielmehr ist ein solcher Lagerinnenring als Blechbauteil aus einem Blech mittels Umformen gebildet, beispielsweise mittels Ziehen. Das Blechbauteil ist bevorzugt anschließend zumindest bei der Lagerbahn gehärtet, bevorzugt vollständig gehärtet.
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Die Lagerinnenringe sind auf einer Innenhülse aufgebracht, wobei der erste Lagerinnenring an der Innenhülse radial abgestützt ist. Der erste Lagerinnenring ist beispielsweise auf die Innenhülse aufgepresst, beispielsweise mittels eines Konus. Der zweite Lagerinnenring hingegen weist zu der Innenhülse ein radiales Spiel auf. Das Spiel ist beispielsweise mittels einer Durchmesserabnahme der Innenhülse und/oder mittels eines größeren Innendurchmessers des zweiten Lagerinnenrings im Vergleich zu dem ersten Lagerinnenring geschaffen. Damit ist der zweite Lagerinnenring frei gegenüber der Innenhülse verschiebbar, sodass einer Axialkraft (zum Vorspannen der Wälzkörperreihen gegeneinander) keine (Reibungs-) Kraft entgegensteht. Sowohl der erste Lagerinnenring als auch der zweite Lagerinnenring sind (im montierten Zustand) an der Innenhülse axial abgestützt, wobei die Axialkräfte einander entgegengerichtet sind. Der erste Lagerinnenring und der zweite Lagerinnenring sind also mittels der Innenhülse zumindest verliersicher gehalten. In einer Ausführungsform sind die beiden Lagerinnenringe der O-Lageranordnung mittels der Innenhülse axial gegeneinander vorgespannt. In einer Ausführungsform wird diese O-Lageranordnung bereits vor der Montage in sich verspannt. Damit ist eine Baueinheit bereitstellbar, welche von einem Kunden, beispielsweise einem Zulieferer, beispielsweise TIER 1 [engl.: Rang 1 einer Zuliefer-Pyramide, steht für den direkten Zulieferer für einen Hersteller eines Endprodukts], hinsichtlich einer für die gewünschte Kippsteifigkeit auslegungsgemäßen Vorspannung fehlerfrei montierbar ist. In einer Ausführungsform spannt der Kunde selbst die O-Lageranordnung vor. In einer Ausführungsform bildet die Innenhülse lediglich eine Transportsicherung, welche vor der Montage wieder entfernt wird oder verbleibt. In der verbleibenden Variante ist bevorzugt die O-Lageranordnung von einem separaten Vorspannmittel vorspannbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der O-Lageranordnung vorgeschlagen, dass weiterhin ein Energiespeicherelement vorgesehen ist, welches an der Innenhülse axial abgestützt ist und mittels welchem die Lagerinnenringe axial gegeneinander vorgespannt sind.
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Ein Energiespeicherelement ist beispielsweise eine Feder, beispielsweise eine spiralförmige, eine tellerartige, eine blattfederartige oder eine wellfederartige Feder, bevorzugt aus einem Federstahl, oder auch beispielsweise ein Gasdruckspeicher oder ähnliches.
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Indem zwischen der Innenhülse, beispielsweise einem sich radial erstreckenden Flansch, und dem betreffenden Lagerinnenring ein Energiespeicherelement zwischengeschaltet ist, ist eine Montagetoleranz vergrößert, weil die Federkennlinie einen Bereich einer Krafttoleranz gegenüber einem unmittelbaren Kontakt zu der Innenhülse axial verlängert. In einer Ausführungsform ist das Energiespeicherelement axial zwischen dem zweiten Lagerinnenring und einem (zweiten) Flansch der Innenhülse angeordnet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der O-Lageranordnung vorgeschlagen, dass das Energiespeicherelement aus einem Elastomer oder aus einem elastomerartigen Werkstoff gebildet ist. Bevorzugt ist das Energiespeicherelement einstückig ausgebildet. Bevorzugt weist das Energiespeicherelement beispielsweise zumindest eine schräge Anliegefläche auf, welche mit dem betreffenden Lagerinnenring zum Übertragen der Vorspannkraft in Kontakt gebracht wird. Bevorzugt ist die Kraftlinie des betreffenden Lagerinnenrings senkrecht zu der genannten Anliegefläche ausgerichtet. Für eine gute Montagesicherheit ist beispielsweise das Energiespeicherelement als Ring mit einem gleichschenklig dreieckigen Querschnitt ausgebildet, sodass es keine falsche Montageausrichtung gibt.
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In einer Ausführungsform ist das Energiespeicherelement mit einer axial langen Innenseite ausgeführt, wobei über diese Innenseite eine (lange) Reibfläche zu der Innenhülse gebildet ist. Ein Elastomer oder ein elastomerartiger Werkstoff sind vor allem dadurch gekennzeichnet, dass sie ein nahezu inkompressibles Volumen aufweisen, also eine eingebrachte Stauchung an einer freien Fläche zu einer volumenentsprechenden Ausdehnung führt. Ein elastomerartiger Werkstoff ist beispielsweise ein TPE [thermoplastisches Elastomer], bei welchem beispielsweise ein Elastomer in eine Matrix eines Thermoplasts eingebunden ist.
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In einer alternativen Ausführungsform bildet die Innenhülse lediglich eine Transportsicherung gegen ein Verlieren der Komponenten der O-Lageranordnung, wobei der zweite Flansch eine geringere radiale Ausdehnung aufweist als der erste Flansch oder umgekehrt oder beide Flansche eine geringe radiale Ausdehnung aufweisen. Die entsprechende radiale Ausdehnung ist dafür so gering, dass zumindest ein separates Vorspannmittel, beispielsweise von einem kundenseitigen Monteur bei der Montage der O-Lageranordnung an der Lenksäule, auf den entsprechende Lagerinnenring wirkend ansetzbar ist. Beispielsweise ist ein solches Vorspannmittel ein separates Federelement, also eine vorbestimmte Vorspannung in einem Toleranzbereich über die Federkennlinie abgesichert, und/oder einstellbar über eine Mutter, beispielsweise mit einem Anschlagzapfen, und/oder ein Vorsprung an der oberen Lenkwelle, beispielsweise an einem Absatz bei dem (unten-seitigen) ersten Lagerinnenring.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der O-Lageranordnung vorgeschlagen, dass die Innenhülse und der erste Lagerinnenring einstückig gebildet sind.
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Bei dieser Ausführungsform ist der erste Lagerinnenring bereits an der Endposition angeordnet, womit die Montage unter Umständen vereinfacht wird, beispielsweise indem ein Pressen des ersten Lagerinnenrings auf die Innenhülse entfällt. Weiterhin ist axialer Bauraum einsparbar, indem die Funktion der Innenhülse (axiales Vorspannen) und die Funktion des ersten Lagerinnenrings (Ausbilden der Lagerbahn für die ersten Wälzkörper) in ein Bauteil integriert sind. Weiterhin entfällt ein Fertigungsschritt zum Erzeugen des ersten Lagerinnenrings und der Innenhülse und das Bauteil ist aus einem Stück, beispielsweise aus einem Blechzuschnitt, herstellbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der O-Lageranordnung vorgeschlagen, dass der Lageraußenring eine Mehrzahl von, bevorzugt zwei, Außenringelementen umfasst, wobei die Außenringelemente in axialer Anlage miteinander in axialkraftübertragendem Kontakt stehen.
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Vorteilhaft hierbei sind vor allem die geringeren Fertigungskosten für einen zweiteiligen Lageraußenring im Vergleich zu einem einteiligen Lageraußenring. Ein zweiteiliger Lageraußenring weist also zwei Außenringelemente auf, von welchen eine Lagerbahn für jeweils eine Wälzkörperreihe gebildet ist. Ein solches Außenringelement ist beispielsweise als Blechbauteil ausführbar, beispielsweise wie zuvor im Zusammenhang mit den Lagerinnenringen erläutert. Weil hier in der O-Lageranordnung der Lageraußenring die axial aufeinander zu gerichteten Kräfte, also die (axiale) Vorspannkraft und die axialen Belastungen im Einsatz an der Lenksäule, aufnehmen muss, ist jeweils eine Axialkraftanliegefläche an den Außenringelementen gebildet. Diese sind in der Montage oder schon zuvor miteinander in kraftübertragenden Kontakt gebracht. Die Außenringelemente, und/oder (unabhängig von dieser Ausführungsform) die Lagerinnenringe, sind bevorzugt baugleich ausgeführt und werden bei der Montage als Paar jeweils um eine Kippachse um 180° [hundertachtzig Grad] zueinander gedreht (also an der Wälzkörperebene gespiegelt) eingesetzt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der O-Lageranordnung vorgeschlagen, dass die Außenringelemente miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Besonders bevorzugt sind die beiden Außenringelemente miteinander verschweißt, beispielsweise für eine hohe Präzision der Fertigung mittels Laserschweißen oder für geringe Kosten der Großserienfertigung mittels Reibschweißen. In einer anderen Ausführungsform werden die beiden Außenringelemente miteinander kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden, beispielsweise mittels Verbördeln. Die Außenringelemente werden beispielsweise über ein separates Bauteil oder über eine Anformung eines Bördelbereiches an einem Außenring miteinander verbördelt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der O-Lageranordnung vorgeschlagen, dass die Innenhülse einen Axialanschlag für die O-Lageranordnung bildet.
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Dieser Axialanschlag dient der einfachen korrekten Positionierung der O-Lageranordnung auf der oberen Lenkwelle, welche einen entsprechenden Gegenanschlag, beispielsweise einen Wellenabsatz, aufweist. Die Innenhülse weist zu diesem Zweck, bevorzugt ausgeführt als Blechbauteil, einen kleinen Beugeradius auf, sodass ein entsprechender Gegenanschlag mit geringem (im Vergleich zum Durchmesser des Lagersitzes für die Innenhülse Zusatz-) Durchmesser und zugleich eine große Anlagefläche außerhalb einer Rundung der Innenhülse am Übergang zu dem zylindrischen Abschnitt des Lagersitzes bildet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der O-Lageranordnung vorgeschlagen, dass die Innenhülse einen ersten Flansch und einen zweiten Flansch jeweils axial endseitig umfasst,
wobei der erste Flansch eine axiale Anlage, bevorzugt zum Verspannen der ersten Wälzkörperreihe, bildet, und
wobei der zweite Flansch eine axiale Anlage, bevorzugt zum Verspannen der zweiten Wälzkörperreihe, bildet und der zweite Flansch erst nach Einbringen des zweiten Lagerinnenrings gebildet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Innenhülse beispielsweise im Schnitt U-förmig gebildet, wobei die offene Seite der U-Form nach radial außen weist. Der erste und der zweite Flansch erstrecken sich nach radial außen. Die Flansche sind umlaufend geschlossen oder unterbrochen gebildet. Die Flansche sind bevorzugt für ein Aufnehmen der erforderlichen Axialkraft zum Vorspannen der O-Lageranordnung ausgelegt. Das Material der Innenhülse, welches später den zweiten Flansch ausbildet, ist vor dem Montieren des zweiten Lagerinnenrings noch nicht, zumindest nicht vollständig, nach radial außen umgelegt (beispielsweise gebördelt), sondern erstreckt sich ganz oder zumindest mit einem großen Vektoranteil axial. Der gebildete (maximale) Außendurchmesser bei dem Material des zweiten Außenflanschs ist dabei geringer als der (minimale) Innendurchmesser des zweiten (und des ersten) Lagerinnenrings, sodass in diesem Zustand der zweite (und der erste) Lagerinnenring auf die Innenhülse axial aufschiebbar ist. Bevorzugt ist eine Lasche mit radialer Erstreckung beziehungsweise einem Vektoranteil in radialer Richtung gebildet, sodass zum Umbeugen des Materials, beispielsweise Bördeln, für den zweiten Flansch ein Werkzeug mit rein axialem Hub einsetzbar ist, beispielsweise ein Werkzeug, welches zugleich zum Aufschieben der (vormontierten) O-Lageranordnung auf die obere Lenksäule und/oder in eine korrespondierende Schubhülse eingerichtet ist. Ein solches Werkzeug ist beispielsweise ein Hohlzylinder mit einer Wirkfläche, welche (etwa) parallel zu der Wälzkörperebene ausgerichtet ist. Alternativ wird die gesamte O-Lageranordnung separat, also vor der Montage auf der Lenksäule und/oder in der korrespondierenden Schubhülse fertiggestellt, sodass zum Umbeugen des Materials für den zweiten Flansch auch ein radial wirkendes Werkzeug einsetzbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Lenksäule für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine axial fixierte untere Lenkwelle zum kraftübertragenden Verbinden mit einem Lenkgetriebe;
- - eine axial verschiebbare obere Lenkwelle zum Aufnehmen von einer Lenkeingabe durch einen Fahrzeugfahrer, wobei die untere Lenkwelle und die obere Lenkwelle drehmomentübertragend miteinander verbunden sind;
- - eine Schubhülse, welche zu der oberen Lenkwelle axial fixiert ist,
wobei die obere Lenkwelle mittels einer O-Lageranordnung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung an der Schubhülse kippsteif gelagert ist.
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Die Lenksäule ist zum direkten oder indirekten Ansteuern eines Lenkgetriebes eingerichtet. Die obere Lenkwelle ist ausziehbar, wie dies eingangs erläutert ist. Dazu ist in dieser Ausführungsform eine untere Lenkwelle axial fixiert angeordnet. Die untere Lenkwelle ist zum Einwirken auf ein Lenkgetriebe eingerichtet, bevorzugt als Bestandteil einer Baueinheit des Lenkgetriebes oder eines separaten Zwischenbauteils. Ein solches Zwischenbauteil ist bei einer elektrisch unterstützten Lenkanlage beispielsweise ein Lenkkraftaufnehmer und/oder eine Servo-Einheit zum Aufgeben von unterstützenden Lenkkräften auf die untere Lenkwelle und/oder auf das Lenkgetriebe.
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Die obere Lenkwelle ist drehmomentsteif mit der unteren Lenkwelle verbunden, wobei die beiden Lenkwellen axial zueinander verschiebbar sind. Die Verbindung der beiden Lenkwellen ist beispielsweise mittels einer Steckverzahnung geschaffen, beispielsweise mit der unteren Lenkwelle mit einem Steckzapfen und der oberen Lenkwelle mit einer Steckaufnahme zum Einstecken der unteren Lenkwelle in die obere Lenkwelle.
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Die Schubhülse ist zu der oberen Lenkwelle axial fixiert und bildet zugleich das Widerlager (mittelbar oder unmittelbar) für den Lageraußenring der O-Lageranordnung. In einer Ausführungsform ist die Schubhülse an einem axial fixierten Träger lösbar fixiert, sodass in einer gelösten Stellung die Schubhülse (mit der oberen Lenkwelle) axial (wie auch radial) verschiebbar ist und in der fixierten Stellung die Schubhülse fixiert ist, und damit die obere Lenkwelle axial fixiert ist. Die Schubhülse ist in der Regel um die Lagerachse nicht verdrehbar. Die obere Lenkwelle ist somit verdrehbar um die Lagerachse mittels der O-Lageranordnung an der Schubhülse abgestützt und damit mittelbar an dem Träger für die Schubhülse abgestützt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Montageverfahren für eine O-Lageranordnung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung auf einer Lenksäule nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, wobei das Montageverfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- a. Bereitstellen der Innenhülse, wobei das Material für den zweiten Flansch offengebildet ist, sodass der zweite Lagerinnenring axial auf die Innenhülse aufschiebbar ist;
- b. Aufbringen der Innenhülse, der Lagerinnenringe, der Wälzkörperreihen und des Lageraußenrings auf der oberen Lenkwelle und/oder in der Schubhülse; und
- c. Umformen des Materials für den zweiten Flansch, wobei der zweite Flansch gebildet wird, wobei bevorzugt die O-Lageranordnung vorgespannt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das hier beschriebene Montageverfahren eine Variante zeigt, bei welcher die O-Lageranordnung erst bei der Montage der Lenksäule, also dem Aufbringen der O-Lageranordnung auf der oberen Lenkwelle und/oder in der Schubhülse, montiert beziehungsweise fertiggestellt wird. Alternativ wird die O-Lageranordnung wie zuvor erläutert als eigenständige Baueinheit fertiggestellt und ist damit wie beispielsweise ein Vierpunktkugellager als Baueinheit von einem Monteur einsetzbar. Für eine individuelle Vorspannung bei der Montage der Lenksäule, beispielsweise zum Ausgleich von Toleranzen bei der Montage der Lenksäule ist es vorteilhaft, wenn der zweite Flansch erst (endgültig) gebildet ist, wenn die O-Lageranordnung in der Lenksäule montiert wird.
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Es wird hier auf die zuvor genannten Ausführungsformen des Montageverfahrens beziehungsweise der Schritte mit Bezug zu den Ausführungsformen der O-Lageranordnung Bezug genommen und die dort genannten Schritte und Aspekte bilden zumindest optionale Bestandteile des Montageverfahrens.
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Der zweite Flansch ist also noch so weit aufgestellt, dass der zweite Lagerinnenring aufführbar ist. In einer Ausführungsform ist auch der erste Lagerinnenring noch aufführbar. In einer Ausführungsform sind die Komponenten der O-Lageranordnung bereits verliersicher oder mit einer minimalen Vorspannung vormontiert, sodass eine in der Lenksäule einsetzbare Baueinheit gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform wird einzig die Innenhülse auf der oberen Lenkwelle aufgebracht, anschließen der erste Lagerinnenring, anschließend die erste Wälzkörperreihe, anschließend der Lageraußenring, anschließend die zweite Wälzkörperreihe, anschließend der zweite Lagerinnenring, anschließend (optional) das Energiespeicherelement, und zuletzt der zweite Flansch gebildet. In einer Ausführungsform wird der zweite Flansch gebildet, wenn der erste Flansch mittels seines (optionalen) Axialanschlags in axialkraftübertragenden Kontakt mit der oberen Lenkwelle, beispielsweise über einen Wellenabsatz, gebracht ist. In einer Ausführungsform wird der zweite Flansch einzig zur Verliersicherung der Komponenten der O-Lageranordnung gebildet. Eine Vorspannung wird nicht erzeugt oder einzig eine so geringe, dass von einem Monteur stets eine höhere Vorspannung erzeugt wird. Um die benötigte Vorspannung zu erreichen, wird der Monteur, beispielsweise kundenseitig, beispielsweise zumindest ein separates Vorspannmittel einsetzen, beispielsweise nach einer Ausführungsform gemäß vorstehender Beschreibung, oder den zweiten Flansch weiterbeugen. Alternativ wird bereits bei der Herstellung der O-Lageranordnung mittels Umbeugen, beispielsweise Bördeln, des zweiten Flanschs die gewünschte, beispielsweise individuell geforderte, Vorspannung eingestellt.
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Für eine Minimierung der Lagerreibung in der O-Lageranordnung ist es unter Umständen erwünscht, die Vorspannung so gering wie möglich auszuführen. Dann wird nach einer weggemessenen und/oder kraftgemessenen Minimalkraft die Kippsteifigkeit getestet. Liegt diese innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, so wird die O-Lageranordnung nicht weiter vorgespannt. Die Lagerreibung ist dann minimal. Ist die Kippsteifigkeit noch ungenügend, so wird anschließend die Vorspannung erhöht. Dies wird solange wiederholt, bis eine gewünschte Kippsteifigkeit erreicht ist. Damit ist die Lagerreibung bei einer gewünschten Kippsteifigkeit im Schnitt der Herstellung von den Lenksäulen beziehungsweise von den Kraftfahrzeugen mit einer solchen Lenksäule insgesamt minimierbar und der Verbrauch an einer jeweiligen Servo-Einheit minimiert und/oder die von einem Fahrzeugfahrer wahrgenommene Direktheit der Lenkung maximiert.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: schematisch im Schnitt eine Lenksäule;
- 2: in einer Schnittansicht eine O-Lageranordnung in einer ersten Ausführungsform;
- 3: in einer Schnittansicht eine O-Lageranordnung in einer zweiten Ausführungsform; und
- 4: ein Kraftfahrzeug mit Lenksäule.
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In 1 ist eine Lenksäule 2 schematisch im Schnitt gezeigt. Links in der Darstellung ist ein Gehäuse eines Lenkgetriebes 16 gezeigt, mittels dessen eine untere Lenkwelle 18 über eine (hier paarige) Wälzlageranordnung 22 verdrehbar um eine Lagerachse 3 abgestützt ist. Rechts in der Darstellung ist eine obere Lenkwelle 19, beispielsweise zum direkten Anbinden eines Lenkrads 30 (vergleiche 4) gezeigt. Die obere Lenkwelle 19 ist relativ zu der unteren Lenkwelle 18 entlang der Lagerachse 3, also axial, verschiebbar, aber mit der unteren Lenkwelle 18 drehmomentsteif verbunden. Die obere Lenkwelle 19 ist mittels einer (O-) Lageranordnung 1 an einer Schubhülse 20 verdrehbar abgestützt. Die Schubhülse 20 ist axial zu der oberen Lenkwelle 19 fixiert, also ebenfalls relativ zu der unteren Lenkwelle 18 (darstellungsgemäß nach rechts und links) verschiebbar. Dazu ist die Schubhülse 20 auf eine axial fixierten Schublager 21 radial abgestützt.
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Die untere Lenkwelle 18 kragt mit ihrem oben-seitigen Ende (darstellungsgemäß rechts) in die obere Lenkwelle 19 hinein, beispielsweise mit einer Steckverzahnung, und weist dort keine radiale Lagerung auf. Die obere Lenkwelle 19 ist einzig mittels der O-Lageranordnung 1 gegen ein Verkippen abgestützt und kragt unten-seitig (darstellungsgemäß links) über die untere Lenkwelle 18 und weist dort keine radiale Lagerung auf. Zur Gewährleistung der Ausziehfunktion der Lenksäule 2 ist ein Verkanten in diesem Überlappungsbereich der unteren Lenkwelle 18 und der oberen Lenkwelle 19 zu unterbinden. Dazu ist eine O-Lageranordnung 1 gemäß einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorteilhaft, beispielsweise wie in 2 oder in 3 gezeigt.
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In 2 ist eine erste Ausführungsform einer O-Lageranordnung 1 im oberen Teilschnitt gezeigt, wobei radial außen ein Lageraußenring 6 zur Axialkraftaufnahme vorgesehen ist. Eine erste Wälzkörperreihe 4 und eine zweite Wälzkörperreihe 5 sind links und rechts in Laufbahnen des Lageraußenrings 6 angeordnet. Hier sind die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe 4 in einem ersten Lagerkäfig 26 geführt und die Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe 5 sind in einem zweiten Lagerkäfig 27 geführt. Die erste Wälzkörperreihe 4 wälzt auf einer Laufbahn eines ersten Lagerinnenrings 7 ab und die zweite Wälzkörperreihe 5 wälzt auf einer Laufbahn eines zweiten Lagerinnenrings 8 ab. Hierbei ist eine erste Kraftlinie 24 zwischen den antagonistischen Laufbahnen über die (ersten) Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe 4 gebildet. Weiterhin ist eine zweite Kraftlinie 25 zwischen den antagonistischen Laufbahnen über die (zweiten) Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe 5 gebildet. Zu der Wälzkörperebene 35 (senkrecht zu der Lagerachse 3, vergleiche 1), welche hier pars-pro-toto nur bei der ersten Wälzkörperreihe 4 gezeigt ist, ist ein Druckwinkel 36 von (etwa) 45° gebildet. Die Druckwinkel 36 beider Wälzlagerreihen 4, 5 sind gespiegelt identisch.
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Der erste Lagerinnenring 7 ist auf einer Innenhülse 9 radial abgestützt, beispielsweise auf die Innenhülse 9 aufgepresst. Der zweite Lagerinnenring 8 ist mit einem radialen Spiel zu der Innenhülse 9 angeordnet, wobei in der hier gezeigten Variante das Spiel mittels eines Spielabsatzes 23 in der Innenhülse 9 geschaffen ist, während der erste Lagerinnenring 7 und der zweite Lagerinnenring 8 mit einem gleichen Innendurchmesser ausgeführt sind, beispielsweise gespiegelt angeordnet identisch ausgeführt sind. Die Innenhülse 9 weist hier einen ersten Flansch 14 (darstellungsgemäß links) und einen zweiten Flansch 15 auf. In dieser Ausführungsform bildet der erste Flansch 14 eine axiale Anlage für den ersten Lagerinnenring 7, wobei hierüber bevorzugt die entsprechende Axialkraft für die Vorspannung der Wälzkörperreihen 4, 5 aufgenommen wird. Alternativ oder zusätzlich wird die oder ein Teil der Axialkraft über den Presssitz durch den Kontakt am Innendurchmesser des ersten Lagerinnenrings 7 in die Innenhülse 9 übertragen. Weiterhin bildet der erste Flansch 14 einen Axialanschlag 13 aus, welcher beispielsweise zum Anliegen an einem Wellenabsatz der oberen Lenkwelle 19 eingerichtet ist. Die Axialkraft wird von dem zweiten Flansch 15 eingebracht, bei der Montage oder Vormontage. In dieser Ausführungsform ist der zweite Flansch 15 nicht unmittelbar mit dem zweiten Lagerinnenring 8 in kraftübertragenden Kontakt gebracht. Vielmehr ist ein Energiespeicherelement 10, hier beispielsweise als Elastomer-Ring mit einem gleichschenkligen Dreieck-Querschnitt mit einer langen axialen Kontaktfläche zu der Innenhülse 9. Die Anliegefläche des Energiespeicherelements 10 ist hier (optional) senkrecht zu der zweiten Kraftlinie 25 der zweiten Wälzkörperreihe 5 ausgerichtet.
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In 3 ist in gleicher Darstellung wie in 2 eine zweite Ausführungsform einer O-Lageranordnung 1 gezeigt. Für die Beschreibung von Komponenten mit gleichem Bezugszeichen wird auf die Beschreibung zu 2 verwiesen, sofern hier nicht abweichend dargestellt und/oder abweichend beschrieben. Auch für den Druckwinkel 36 wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Der Lageraußenring 6 ist hier zweiteilig mit einem ersten Außenringelement 11 und mit einem zweiten Außenringelement 12 ausgeführt, welche hier eine Axialkontaktnaht 28 zur (Druck-) Kraftübertragung ausbilden. Die Außenringelemente 11, 12 sind hierbei zusätzlich rein zur Sicherung oder zur Verbesserung der Kraftübertragung mittels einer Schweißnaht 29 miteinander verbunden.
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In 4 ist ein Kraftfahrzeug 17 gezeigt, bei welchem eine Vorderachse als eine Lenkachse 32 ausgeführt ist. Die Hinterachse 33 ist (optional) starr ausgeführt. An den Achsen 32, 33 sind jeweils links und rechts Fahrzeugräder 34 paarig angeordnet, welche mitgeführt werden oder Antriebsräder für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs 17 bilden. Die Fahrzeugräder 34 der Lenkachse 32 sind mittels eines Lenkgetriebes 16, hier als Lenktrapez ausgeführt, nach einem vorbestimmten Verhältnis verschwenkbar, hier mit Winkeleinschlag nach rechts dargestellt. Das Lenkgetriebe 16 ist mittels der Lenksäule 2, welche hier rein schematisch durchgehend gezeigt ist, ansteuerbar, wobei in der Fahrerkabine 31 von einem Fahrzeugfahrer über ein Lenkrad 30 ein entsprechender Lenkbefehl eingebbar ist. Die Lenksäule 2 ist bei einer direkten Lenkung in der Regel zur Erhöhung der Kollisionssicherheit für einen Fahrzeugfahrer geknickt ausgeführt und bei einer indirekten Lenkung ist eine Lenkvorrichtung, beispielsweise eine hydraulische und/oder elektrische, zwischengeschaltet.
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Mit der hier vorgeschlagenen O-Lageranordnung ist auf geringem Bauraum zu geringen Fertigungskosten an der ausziehbaren Lenksäule eine erhöhte Kippsteifigkeit erzielbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- O-Lageranordnung
- 2
- Lenksäule
- 3
- Lagerachse
- 4
- erste Wälzkörperreihe
- 5
- zweite Wälzkörperreihe
- 6
- Lageraußenring
- 7
- erster Lagerinnenring
- 8
- zweiter Lagerinnenring
- 9
- Innenhülse
- 10
- Energiespeicherelement
- 11
- erstes Außenringelement
- 12
- zweites Außenringelement
- 13
- Axialanschlag
- 14
- erster Flansch
- 15
- zweiter Flansch
- 16
- Lenkgetriebe (Gehäuse)
- 17
- Kraftfahrzeug
- 18
- untere Lenkwelle
- 19
- obere Lenkwelle
- 20
- Schubhülse
- 21
- Schublager
- 22
- Wälzlageranordnung
- 23
- Spielabsatz
- 24
- erste Kraftlinie
- 25
- zweite Kraftlinie
- 26
- erster Lagerkäfig
- 27
- zweiter Lagerkäfig
- 28
- Axialkontaktnaht
- 29
- Schweißnaht
- 30
- Lenkrad
- 31
- Fahrerkabine
- 32
- Lenkachse
- 33
- Hinterachse
- 34
- Fahrzeugrad
- 35
- Wälzkörperebene
- 36
- Druckwinkel
