DE102019113232A1 - Lagereinrichtung für eine Lenkwelle einer Lenksäule mit einer Drehachse - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung (1) für eine Lenkwelle (2) einer Lenksäule (3) mit einer Drehachse (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:- ein oberes Schrägwälzlager (5);- ein unteres Schrägwälzlager (6); und- ein Axialvorspannelement (7) für das untere Schrägwälzlager (6),wobei das untere Schrägwälzlager (6) und das obere Schrägwälzlager (5) eine axial gegeneinander verspannte O-Lageranordnung (8) bilden. Die Lagereinrichtung (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das obere Schrägwälzlager (5) einen massiv-umgeformten oberen Lagerinnenring (9) und oberen Lageraußenring (10) aufweist.Mit der hier vorgeschlagenen Lagereinrichtung ist eine Lenksäule sehr steif auslegbar und zugleich kostengünstig herstellbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung für eine Lenkwelle einer Lenksäule mit einer Drehachse, sowie eine Lenksäule mit einer solchen Lagereinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik sind Lenksäulen beispielsweise aus dem Bereich von Kraftfahrzeugen bekannt, am meisten verbreitet in Personenkraftwagen. Die Lenksäule umfasst ein Wellengehäuse und eine Lenkwelle. Die Lenkwelle ist in dem Wellengehäuse mittels einer Lagerpaarung mit Katalog-Schrägkugellagern oder Blech-Schrägkugellagern in einer O-Lageranordnung möglichst reibungsarm verdrehbar abgestützt. Die Lenkwelle schafft die Verbindung zwischen einem um eine Drehachse verdrehbaren Lenkrad zur manuellen Bedienung in einer Fahrerkabine und mindestens einem lenkbaren Fahrzeugrad. An diese Lenksäule werden hohe Sicherheitsanforderungen und zugleich hohe Komfort-Ansprüche gerichtet. Ein Hauptpunkt ist die Crash-Sicherheit bei einem Kollidieren des Fahrzeugs mit einem Gegenstand mit einer hohen Relativgeschwindigkeit, beispielsweise einem Auffahrunfall. Dabei darf das Lenkrad keine übermäßige Ausweichbewegung ausführen, sodass sichergestellt ist, dass die Position eines Airbags auch im Kollisionsfall nahezu unverändert bleibt. Eine gängige maximal-zulässige Verlagerung der Position eines Airbags im Kollisionsfall beträgt 0,5 mm [einen halben Millimeter] bis 2 mm. Um dies zu gewährleisten, wird bei einer Lenksäule die Lagerpaarung mit einer hohen axialen Vorspannkraft angestellt, weil diese hohe axiale Vorspannkraft infolge der schrägen Kraftleitung zu einer ausreichend hohen radialen Steifigkeit der Lagerpaarung führt. Die hohe Vorspannung wird benötigt, um unter anderem das Aufschwingen des Lenkrades bei niederen Schwingungsfrequenzen an der Lenksäule zu verhindern.
  • Nachteilig ist hierbei, dass die Reibung in der Lagerpaarung mit der axialen Vorspannkraft zunimmt. Es ist aber angestrebt, die (Wälz-) Reibung gering zu gestalten, beispielsweise um die Geräuschemission zu verringern.
  • 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.
  • Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung für eine Lenkwelle einer Lenksäule mit einer Drehachse, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
    • - ein oberes Schrägwälzlager;
    • - ein unteres Schrägwälzlager; und
    • - ein Axialvorspannelement für das untere Schrägwälzlager,

    wobei das untere Schrägwälzlager und das obere Schrägwälzlager eine axial gegeneinander verspannte O-Lageranordnung bilden.
  • Die Lagereinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das obere Schrägwälzlager einen massiv-umgeformten oberen Lagerinnenring und/oder oberen Lageraußenring aufweist.
  • Die hier vorgeschlagene Lagereinrichtung ist in Ihrer Funktion mit einer konventionellen Lagereinrichtung einer Lenksäule identisch. Bevorzugt ist diese Lagereinrichtung bauraumneutral einsetzbar. Die im Einsatz in einer Lenksäule von dieser Lagereinrichtung reibungsarm verdrehbar abgestützte Lenkwelle ist um die Drehachse verdrehbar.
  • Es wird im Folgenden auf die genannte Drehachse 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.
  • Hier wird nach üblicher Sprechweise das lenkradseitige Schrägwälzlager als das obere Schrägwälzlager und das lenkgetriebeseitige Schrägwälzlager als das untere Schrägwälzlager bezeichnet, weil im Einsatz der Drehmittelpunkt des Lenkrads in der Regel höher gelegen ist als der Drehmittelpunkt bei Anschluss der Lenkwelle an ein Lenkgetriebe.
  • Das Schrägwälzlager ist beispielsweise ein Kegelrollenlager. Bevorzugt ist ein Schrägkugellager verwendet, welches kostengünstiger und gutmütiger, also weniger aufwendig und weniger fehleranfällig, in Montage und Betrieb ist. Ein Schrägwälzlager umfasst eine Mehrzahl von Wälzkörpern, beispielsweise kegelstumpfförmig oder kugelförmig, welche zwischen einem Lagerinnenring mit einer geneigten Kontaktfläche und einem Lageraußenring mit einer korrespondierend geneigten Kontaktfläche abwälzbar abgestützt sind. Der Neigungswinkel der Kontaktflächen ergibt mit der jeweils normal darauf ausgerichteten Kraftachse, welche durch einen Mittelpunkt der Wälzkörper verläuft, die Ausrichtung der Kraftleitung durch das Schrägwälzlager.
  • Das (untere) Axialvorspannelement ist ein elastischer Energiespeicher, welcher die erforderliche Axialkraft aufbringt, und zwar bei einer ausreichenden Konstanz über Fertigungstoleranzen, Montagetoleranzen und/oder Setzungserscheinungen über die Lebensdauer der Lagereinrichtung. Beispielsweise ist ein hinsichtlich Kosten und/oder Aufwand geeignetes (unteres) Axialvorspannelement eine Schraubenfeder. Das (untere) Axialvorspannelement wirkt mittelbar oder unmittelbar gegen den unteren Lagerinnenring des unteren Schrägwälzlagers. Der untere Lageraußenring ist axial abgestützt, sodass also die aufgebrachte Axialkraft des (unteren) Axialvorspannelements durch die Wälzkörper des Schrägwälzlagers wegen der nach radial-außen geneigten Kraftleitung über die Wälzkörper nach radial außen (im Einsatz) in das Wellengehäuse geleitet wird. Damit ist in konventioneller Weise also ein Radialanteil erzeugt, welcher die notwendige Radialkraft für eine ausreichende radiale Steifigkeit an dem unteren Schrägwälzlager erzeugt.
  • Das obere Schrägwälzlager ist in grundsätzlich bekannter Art mit der Ausrichtung des unteren Schrägwälzlagers entgegengerichtet geneigten Kraftleitung eingesetzt, sodass sich in bekannter Weise die O-Form einer O-Lageranordnung ergibt.
  • Hier ist nun abweichend von der allgemeinen Konstruktionsregel an beiden Lagerstellen einer Lageranordnung gleichartige Wälzlager, also eine symmetrische Lageranordnung, einzusetzen vorgeschlagen, dass (einzig) das obere Schrägwälzlager mit zumindest einem massiv-umgeformten Lagerring ausgeführt ist. Besonders bevorzugt hinsichtlich der Fertigungskosten und/oder der Bauteil-Präzision ist der zumindest eine massiv-umgeformte Lagerring kaltumgeformt, beispielsweise mittels Fließpressen. Ein Wälzlager mit zumindest einem massiv-umgeformten Lagerring wird auch als massiv-umgeformtes Wälzlager bezeichnet.
  • Ein solches massiv-umgeformtes Schrägwälzlager kennzeichnet sich unter anderem durch eine hohe Steifigkeit, aber auch durch eine hohe Präzision, also (bereits vor Verspannung im Einsatz) geringem Spiel und geringer Unrundheit der Kontaktflächen. Zudem weist es über eine angestrebte Lebensdauer keine beziehungsweise für diesen Anwendungsfall einzig vernachlässigbare Setzungserscheinungen auf. Die hohe Steifigkeit erlaubt die Verringerung der zur Vorspannung der O-Lageranordnung benötigten Axialkraft, weil der radiale Federweg eines solchen massiv-umgeformten Schrägwälzlagers geringer ist als bei einem aktuell eingesetzten Blech-Schrägwälzlager. Diese Vorspannverringerung erzeugt ein geringeres Reibmoment, wodurch sich das Feintuning der Lenkunterstützung über den Drehstab deutlich besser einstellen lässt. Für einige Anwendungen ist der Steifigkeitszuwachs bereits bei einem (einzigen) massiv-umgeformten Lagerring und einem weniger steifmachenden, beispielsweise Blech-Lagerring als, anderen (des oberen Schrägwälzlagers) Lagerring ausreichend. Für einen besonders hohen Steifigkeitszuwachs ist sowohl der Lagerinnenring als auch der Lageraußenring massivumgeformt.
  • Bauart-bedingt ist die (Wälz-) Reibung in einem massiv-umgeformten Schrägwälzlager erheblich geringer als bei anderen Schrägwälzlagern, sowie die Laufruhe erhöht. Damit ist im Vergleich zu anderen Schrägwälzlagern der Drehwiderstand und die Geräuschemission verringert, sowie die Lebensdauer verlängert. Dieser Effekt wird infolge einer verringerten axialen Vorspannung noch weiter gesteigert, sodass der Unterschied zu anderen Schrägwälzlagern in dieser Anwendung überraschend groß ist.
  • Ein weiterer positiver Effekt ist eine Verringerung der Geräuschemissionen, weil die massiv-umgeformten Bauteile auch in Kombination mit der geringeren Vorspannung das Abwälzgeräusch besser dämpfen.
  • Das untere Schrägwälzlager hingegen ist in konventioneller Ausführungsform ausgeführt. Damit werden dort die Kosten gering gehalten. Überraschender Weise wird trotz dessen eine enorme Verbesserung erreicht. Wenn die Vorspannung an dem unteren Schrägwälzlager gegenüber einer konventionellen Ausführungsform verringert ist, wird infolge der gesteigerten Steifigkeit an dem oberen Schrägwälzlager dennoch eine ausreichende Gesamtsteifigkeit der Lagereinrichtung erzielt. Damit lässt sich trotz konventioneller Ausführungsform die Lebensdauer des unteren Schrägwälzlagers verlängern und die Geräuschemission an dem unteren Schrägwälzlager verringern. Alternativ ist entsprechend ein geringer dimensioniertes und/oder mit größeren zulässigen Toleranzen ausgeführtes unteres Schrägwälzlager bei gleicher Lebensdauer und/oder Geräuschemission einsetzbar.
  • Insgesamt lässt sich bei dieser Lagereinrichtung eine deutliche Verringerung der Geräuschemission, um beispielsweise 80 % [achtzig Prozent], erzielen. Weiterhin ist ein Setzen der eingesetzten Schrägwälzlager verringert, nämlich bei dem oberen (massiv-umgeformten) Schrägwälzlager bauart-bedingt und bei dem unteren Schrägwälzlager infolge einer im Vergleich zu konventionellen Ausführungsformen verringerten axialen Vorspannkraft.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lagereinrichtung vorgeschlagen, dass das untere Schrägwälzlager einen unteren Lageraußenring aus einem Blechmaterial und einen Kunststoffklemmring umfasst.
  • Bei dieser Ausführungsform ist bei der Lagereinrichtung ein besonders kostengünstiges unteres Schrägwälzlager eingesetzt. Bei einer Ausführungsform ist der untere Lagerinnenring wie der untere Lageraußenring aus einem Blechmaterial gebildet. Der Kunststoffklemmring, welcher zum Kompensieren von fertigungsart-bedingten Toleranzen und der geringen Steifigkeit des aus Blechmaterial gebildeten Lageraußenrings eingerichtet ist, weist über die Lebensdauer nicht unerhebliche Setzungserscheinungen auf. Dies wird in konventionellen Ausführungsformen mittels einer erheblichen axialen Vorspannung mit einer ausreichenden Vorspannreserve für die Setzung des Klemmrings, also des Schrägwälzlagers, kompensiert. Im Neuzustand ist also die Vorspannung um die erhebliche notwendige Vorspannreserve höher als benötigt. Weil nun nur noch eines der Schrägwälzlager zu solchen Setzungserscheinungen neigt, ist die notwendige Vorspannreserve schon deswegen deutlich verringert, beispielsweise halbiert. Weil aber darüber hinaus, überraschender Weise das obere Schrägwälzlager in der Lage ist, zumindest hinsichtlich der betrachteten Lastfälle (Crash-Last) eine geringe radiale Steifigkeit des unteren Schrägwälzlagers zu kompensieren, ist es möglich, diese Vorspannung insgesamt zu verringern und damit die Setzungserscheinungen und wiederum die Vorspannreserve zu verringern.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lagereinrichtung vorgeschlagen, dass der obere Lagerinnenring zum Aufpressen auf eine Lenkwelle eingerichtet ist.
  • Bei dieser Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass die axiale Vorspannkraft auf das obere (massiv-umgeformte) Schrägwälzlager derart verringert wird, dass einzig ein Aufpressen auf die Lenkwelle bereits die im Betrieb auftretenden Lasten übertragen kann, ohne ein zusätzliches Sicherungselement hinzufügen zu müssen. Eine axiale Vorspannung ist hier also über die angestrebte Lebensdauer abstützbar. Zudem ist die Montage erleichtert, beispielsweise um die axiale Position des Lenkrades zum Armaturenbrett einzig über das Aufpressen des Innenringes auf die Welle zu verwirklichen.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lagereinrichtung vorgeschlagen, dass die Vorspannkraft des Axialvorspannelements über einen vorbestimmten maximal-zulässigen Setzungsweg der Lagereinrichtung innerhalb von 10 %, bevorzugt innerhalb von 5 %, konstant ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird bauraum-neutral ein (unteres) Axialvorspannelement im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform mit einer geringeren Blocklast und damit einem größerem (axialem) Federweg eingesetzt. Eine setzungsbedingte Verlängerung, also Entspannung, des Axialvorspannelements führt also zu einer sehr geringen Abnahme der axialen Vorspannkraft. Damit ist die Vorspannreserve weiter verringerbar und somit die Reibung und Geräuschemission bereits im Neuzustand nahe an der maximal erforderlichen axialen Vorspannung ansiedelbar. Dies wiederum führt zu einer geringeren Belastung des unteren Schrägwälzlagers, und bei einer Ausführungsform mit einem Klemmring aus Kunststoff auf diesen Klemmring, sodass die Setzung über die Lebensdauer verringerbar ist mit den entsprechenden Vorteilen hinsichtlich der axialen Vorspannkraft und deren Erzeugung beziehungsweise möglichst konstanten Vorhaltung über die Lebensdauer.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lagereinrichtung vorgeschlagen, dass das obere Schrägwälzlager einen oberen Lagerkäfig umfasst, wobei der obere Lagerkäfig Haltelaschen zum verliersicheren Zusammenhalten des oberen Schrägwälzlagers aufweist.
  • Bei dieser Ausführungsform ist das massiv-umgeformte (obere) Schrägwälzlager mit einem (oberen) Lagerkäfig versehen, mittels welchem in beispielsweise konventioneller Weise die Wälzkörper geführt sind. Dieser obere Lagerkäfig weist zudem eine erste Haltelasche und eine zweite Haltelasche beziehungsweise jeweils oder einseitig eine Mehrzahl von umfänglich voneinander beabstandeten ersten und/oder zweiten Einzellaschen auf. Die erste Haltelasche erstreckt sich weg von den Wälzkörpern hin zu dem unteren Schrägwälzlager, also hin zu dem unteren Ende der Lenkwelle. Die zweite Haltelasche erstreckt sich weg von den Wälzkörpern hin zu dem Anschluss für ein Lenkrad, also hin zu dem oberen Ende der Lenkwelle. Die Haltelaschen sind dazu eingerichtet, den oberen Lageraußenring und den oberen Lagerinnenring verliersicher zusammenzuhalten. Eine Haltelasche weist zumindest einen Abschnitt auf, welcher sich mit dem jeweiligen Lagerring radial überlappt. Beispielsweise überlappt die erste Haltelasche mit dem (oberen) Lagerinnenring und die zweite Haltelasche mit dem (oberen) Lageraußenring. Alternativ ist dies umgekehrt oder zumindest eine Haltelasche hält beide (oberen) Lagerringe.
  • Bevorzugt weisen die Haltelaschen eine Schnapphaken-Form auf, sodass der Lagerkäfig einfach axial einführbar ist, indem die Haltelaschen im Bereich einer rampenartigen Einführspitze radial ausgelenkt werden und bei Erreichen der Endposition einschnappen. Alternativ ist der jeweilige Lagerring über die Schnapphaken-Form einfach axial aufführbar.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lagereinrichtung vorgeschlagen, dass das obere Schrägwälzlager eine Winkelhülse umfasst, wobei die Winkelhülse mit dem oberen Lageraußenring radial verpresst ist.
  • Die Winkelhülse ist eingerichtet, ein Schmiermittel, bevorzugt ein Lagerfett, in dem Lagerraum zu halten und/oder als Schutz vor Verunreinigungen, beispielsweise Spritzwasser bei einer Innenraumreinigung in einem Personenkraftwagen und/oder Staub, Sand und grobe Partikel. Diese Winkelhülse ist bevorzugt derart mit dem (oberen) Lageraußenring verpresst, dass sie mit dem (oberen) Lageraußenring beziehungsweise mit dem (oberen) Schrägwälzlager eine Montageeinheit bildet. Die Verpressung ist radial-innen (eingepresste Winkelhülse) oder radial-außen (aufgepresste Winkelhülse) an dem (oberen) Lageraußenring gebildet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
    • - eine Lenkwelle zum Anschließen eines Lenkrads;
    • - einen Wellengehäuse zur Aufnahme der Lenkwelle; und
    • - eine Lagereinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,

    wobei die Lagerinnenringe an der Lenkwelle und die Lageraußenringe an dem Wellengehäuse radial abgestützt sind.
  • Die Lenksäule ist zum direkten oder indirekten Ansteuern eines Lenkgetriebes eingerichtet. Die Lenkwelle ist axial fixiert oder axial ausziehbar. Die Lenkwelle ist beispielsweise als oberer Abschnitt einer mehrteiligen, bevorzugt zweiteiligen, Lenkwelleneinrichtung ausgeführt. Der obere Abschnitt (hier schlicht als Lenkwelle bezeichnet, meist als obere Lenkwelle bezeichnet) weist einen Anschluss für ein mittelbares oder unmittelbares Anschließen eines Lenkrads auf und der untere Abschnitt (meist als untere Lenkwelle bezeichnet) weist eine Übertragungseinheit zum Anschließen an ein Lenkgetriebe oder eine separates Zwischenbauteil auf, sodass ein Lenkbefehl an dem Lenkrad (Verdrehen des Lenkrads um die Drehachse) mechanisch (steif) auf das Lenkgetriebe oder auf das Zwischenbauteil übertragen wird. Alternativ weist die (einteilige) Lenkwelle eine Übertragungseinheit auf. 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.
  • 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.
  • Das Gehäuse, auch als Mantelrohr bezeichnet, ist zu der oberen Lenkwelle axial fixiert, wobei in der Regel das Gehäuse mittels der Lagereinrichtung die Lenkwelle positioniert, und bildet zugleich das Widerlager (mittelbar oder unmittelbar) für den Lageraußenring der O-Lageranordnung. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse an einem axial fixierten Träger lösbar fixiert, um das Lenkrad in axialer und radialer Richtung verstellen zu können, sodass in einer gelösten Stellung das Gehäuse (mit der oberen Lenkwelle) axial (wie auch radial) verschiebbar ist und in der fixierten Stellung das Gehäuse fixiert ist, und damit die obere Lenkwelle axial fixiert ist. Das Gehäuse ist in der Regel um die Lagerachse nicht verdrehbar. Die obere Lenkwelle ist somit verdrehbar um die Lagerachse mittels der O-Lageranordnung an dem Gehäuse abgestützt und damit mittelbar an dem Träger für das Gehäuse abgestützt.
  • 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: eine Lenksäule mit Lagereinrichtung;
    • 2: eine zweite Ausführungsform eines oberen Schrägwälzlagers;
    • 3: eine zweite Ausführungsform eines oberen Schrägwälzlagers;
    • 4: eine dritte Ausführungsform eines oberen Schrägwälzlagers;
    • 5: eine vierte Ausführungsform eines oberen Schrägwälzlagers;
    • 6: eine fünfte Ausführungsform eines oberen Schrägwälzlagers; und
    • 7: ein Kraftfahrzeug mit Lenksäule.
  • In 1 ist eine (obere) Lenksäule 3 mit einer mittels einer Lagereinrichtung 1 in O-Lageranordnung 8 in einem Gehäuse 23, auch als Mantelrohr bezeichnet, gelagerten Lenkwelle 2 schematisch im Schnitt dargestellt. Die Lenkwelle 2 ist mittels des oberen Schrägwälzlagers 5 und des unteren Schrägwälzlagers 6 der O-Lageranordnung 8 um die Drehachse 4 drehbar gelagert. Das untere Schrägwälzlager 6 ist als Blech-Lager ausgebildet und weist einen unteren Lagerinnenring 11, einen unteren Lageraußenring 12 und eine Mehrzahl von in einem (unteren) Lagerkäfig 17 geführten unteren Wälzkörpern 25, hier Kugelkörper, auf. Zur Kompensation der Fertigungstoleranzen ist beim unteren Schrägwälzlager 6 ein Kunststoffklemmring 13 vorgesehen. Dieser weist aber nicht vernachlässigbare Setzungserscheinungen über die Lebensdauer auf, sodass zum Vorhalten der Vorspannkraft 14 ein Axialvorspannelement 7 zum Kompensieren des Setzungswegs 15 vorzusehen ist. Beim oberen Schrägwälzlager 5 ist aber hier ein massiv-umgeformter oberer Lagerinnenring 9 und oberer Lageraußenring 10 eingesetzt. Die Mehrzahl der oberen Wälzkörper 24, welche hier ebenfalls in einem (oberen) Lagerkäfig 16 geführt sind, sind hier (optional) ebenfalls als Kugelkörper ausgeführt. Aufgrund der deutlich geringeren Fertigungstoleranzen der Massiv-Umform-Verfahren kann ein (oberer) Klemmring entfallen. Eine Setzung an dem oberen Schrägwälzlager 5 ist vernachlässigbar. Damit ergibt sich insgesamt ein verringerter Setzungswegs 15 und damit einen geringeren notwendigen Federweg für das (untere) Axialvorspannelement 7. Zudem ist die radiale Steifigkeit nicht allein des oberen Schrägwälzlagers 5, sondern der gesamten Lagereinrichtung 1 bei gleicher Vorspannung im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform einer Lagereinrichtung deutlich erhöht.
  • In 2 bis 6 sind Varianten des oberen Schrägwälzlagers 5 gezeigt, wobei jeweils der (obere) Lagerinnenring 9 und (obere) Lageraußenring 10 und einer der Mehrzahl der in einem (oberen) Lagerkäfig 16 geführten (oberen) Wälzkörper 24 gezeigt, welche hier (optional) ebenfalls als Kugelkörper ausgeführt sind.
  • In 2 und 3, welche beispielsweise dieselbe Ausführungsform lediglich den Lagerkäfig 16 in unterschiedlichen Winkellagen zeigen, bildet der Lagerkäfig 16 eine Mehrzahl von ersten Haltelaschen 18 (darstellungsgemäß links) und eine Mehrzahl von zweiten Haltelaschen 19 (darstellungsgemäß rechts) aus, sodass das Schrägwälzlagers 5 dadurch eine verliersicher vormontierte Baueinheit bildet.
  • In 4 und 5 ist eine Variante des oberen Schrägwälzlagers 5 gezeigt, wobei eine Winkelhülse 20 gezeigt ist, welche mit dem Lageraußenring 10 verpresst ist, nämlich in der Ausführungsform gemäß 4 (wie auch in 1 gezeigt) in den Lageraußenring 10 eingepresst ist und in der Ausführungsform gemäß 5 auf den Lageraußenring 10 aufgepresst ist.
  • In 6 ist eine weitere Variante des oberen Schrägwälzlagers 5 gezeigt, welches sich von den zuvor erläuterten Ausführungsformen des oberen Schrägwälzlagers 5 zumindest darin unterscheidet, dass hier der Lageraußenring 10 als Blech-Lagerring ausgeführt ist. Einzig der Lagerinnenring 9 ist ein massiv-umgeformter Lagerring.
  • In 7 ist ein Kraftfahrzeug 21 gezeigt, bei welchem eine Vorderachse als eine Lenkachse 26 ausgeführt ist. Die Hinterachse 27 ist (optional) starr ausgeführt. An den Achsen 26, 27 sind jeweils links und rechts Fahrzeugräder 28 paarig angeordnet, welche mitgeführt werden oder Antriebsräder für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs 21 bilden. Die Fahrzeugräder 28 der Lenkachse 26 sind mittels eines Lenkgetriebes 29, hier als Lenktrapez ausgeführt, nach einem vorbestimmten Verhältnis verschwenkbar, hier mit Winkeleinschlag nach rechts dargestellt. Das Lenkgetriebe 29 ist mittels der Lenksäule 3, welche hier rein schematisch durchgehend gezeigt ist, ansteuerbar, wobei in der Fahrerkabine 30 von einem Fahrzeugfahrer über ein Lenkrad 22 ein entsprechender Lenkbefehl eingebbar ist. Die Lenksäule 3 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.
  • Mit der hier vorgeschlagenen Lagereinrichtung ist eine Lenksäule sehr steif auslegbar und zugleich kostengünstig herstellbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lagereinrichtung
    2
    Lenkwelle
    3
    Lenksäule
    4
    Drehachse
    5
    oberes Schrägwälzlager
    6
    unteres Schrägwälzlager
    7
    Axialvorspannelement
    8
    O-Lageranordnung
    9
    oberer Lagerinnenring
    10
    oberer Lageraußenring
    11
    unterer Lagerinnenring
    12
    unterer Lageraußenring
    13
    Kunststoffklemmring
    14
    Vorspannkraft
    15
    Setzungsweg
    16
    oberer Lagerkäfig
    17
    unterer Lagerkäfig
    18
    erste Haltelasche
    19
    zweite Haltelasche
    20
    Winkelhülse
    21
    Kraftfahrzeug
    22
    Lenkrad
    23
    Gehäuse
    24
    obere Wälzkörper
    25
    untere Wälzkörper
    26
    Lenkachse
    27
    Hinterachse
    28
    Fahrzeugrad
    29
    Lenkgetriebe
    30
    Fahrerkabine

Claims (7)

  1. Lagereinrichtung (1) für eine Lenkwelle (2) einer Lenksäule (3) mit einer Drehachse (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - ein oberes Schrägwälzlager (5); - ein unteres Schrägwälzlager (6); und - ein Axialvorspannelement (7) für das untere Schrägwälzlager (6), wobei das untere Schrägwälzlager (6) und das obere Schrägwälzlager (5) eine axial gegeneinander verspannte O-Lageranordnung (8) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Schrägwälzlager (5) einen massiv-umgeformten oberen Lagerinnenring (9) und/oder oberen Lageraußenring (10) aufweist.
  2. Lagereinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das untere Schrägwälzlager (6) einen unteren Lageraußenring (12) aus einem Blechmaterial und einen Kunststoffklemmring (13) umfasst.
  3. Lagereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der obere Lagerinnenring (9) zum Aufpressen auf eine Lenkwelle (2) eingerichtet ist.
  4. Lagereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkraft (14) des Axialvorspannelements (7) über einen vorbestimmten maximal-zulässigen Setzungsweg (15) der Lagereinrichtung (1) innerhalb von 30 %, bevorzugt innerhalb von 10 %, konstant ist.
  5. Lagereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das obere Schrägwälzlager (5) einen oberen Lagerkäfig (16) umfasst, wobei der obere Lagerkäfig (16) Haltelaschen (18,19) zum verliersicheren Zusammenhalten des oberen Schrägwälzlagers (5) aufweist.
  6. Lagereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das obere Schrägwälzlager (5) eine Winkelhülse (20) umfasst, wobei die Winkelhülse (20) mit dem oberen Lageraußenring (10) radial verpresst ist.
  7. Lenksäule (3) für ein Kraftfahrzeug (21), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Lenkwelle (2) zum Anschließen eines Lenkrads (22); - einen Wellengehäuse (23) zur Aufnahme der Lenkwelle (2); - eine Lagereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerinnenringe (9,11) an der Lenkwelle (2) und die Lageraußenringe (10,12) an dem Wellengehäuse (23) radial abgestützt sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022073531A1 (de) * 2020-10-09 2022-04-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Käfig für wälzlager, wälzlager mit käfig und montageverfahren für wälzlager
DE102022201835A1 (de) 2022-02-22 2023-08-24 Thyssenkrupp Ag Lenksäule für ein Kraftfahrzeug
DE102022132038A1 (de) 2022-12-02 2024-06-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer

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