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Die Erfindung betrifft ein Schrägwälzlager für eine verspannte Lagereinrichtung einer Lenkwelle einer Lenksäule mit einer Drehachse, eine Lagereinrichtung für eine Lenkwelle einer Lenksäule mit einer Drehachse, sowie eine Lenksäule mit einer solchen Lagereinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind Lenksäulen für Kraftfahrzeuge bekannt, beispielsweise in Personenkraftwagen mit Servo-Unterstützung. 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 Kraftfahrzeugs 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 im Lenkrad untergebrachten Airbags auch im Kollisionsfall nahezu unverändert bleibt. Die hohe Verspannung wird benötigt, um unter anderem das Aufschwingen des Lenkrades bei niederen Schwingungsfrequenzen an der Lenksäule zu verhindern.
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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. Nachteilig bei einem konventionellen unteren Schrägwälzlager ist, dass das konventionelle Federelement aufgrund des Bauraums mit dem Toleranzring schwierig zu montieren ist. Für ein Einstellen der benötigten Verspannkraft (in Axialrichtung) ausgehend von einem Axialverspannelement ist zwischen dem Axialverspannelement und dem Toleranzring ein Federelement vorgesehen. Das Federelement speichert und überträgt Kräfte in Axialrichtung. Vorbekannte Federelemente sind von dem Toleranzring separat gebildete Bauteile, wie beispielsweise aus der
DE 601 10 511 T2 bekannt (dort als Vorspannungselement 11,111 bezeichnet). Aus der
DE 10 2011 008 977 A1 ist ein Toleranzring mit einem Federelement (dort als Vorspannelement 13 bezeichnet) bekannt, wobei dieses einzig dem Zweck einer vergleichmäßigten Kraftübertragung auf den Toleranzring dient. Aufgrund der hohen (axialen) Verspannkräfte, welche in konventioneller Bauweise einer Lenksäule erforderlich sind, ist das dort gezeigte Vorspannelement 13 in jeder gezeigten Ausführungsform radial gegen ein Ausweichen abgestützt (vergleiche beispielsweise dortige
4 und
8).
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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 ein Schrägwälzlager für eine verspannte Lagereinrichtung einer Lenkwelle einer Lenksäule mit einer Drehachse, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Lageraußenring;
- - einen Lagerinnenring;
- - Wälzkörper zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring;
- - einen Toleranzring; und
- - ein Federelement,
wobei eine Verspannkraft mittels des Federelements und übertragen über den Toleranzring auf das Schrägwälzlager ausübbar ist.
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Das Schrägwälzlager ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring und das Federelement einstückig gebildet sind.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Drehachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die Axialrichtung, Radialrichtung 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.
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Das hier vorgeschlagene Schrägwälzlager umfasst einen Lageraußenring, einen Lagerinnenring und mehrere darin geführte, beispielsweise als Kegelrollen oder als Kugeln, ausgeführte Wälzkörper. Das Schrägwälzlager ist bevorzugt als Blechkonstruktion ausgeführt, wobei der Lagerinnenring und/oder der Lageraußenring mittels Blechumformen gebildet ist. Das hier vorgeschlagene Schrägwälzlager ist zum Einsatz in einer Lagereinrichtung in O-Lageranordnung für eine Lenksäule mit einer in einem Wellengehäuse zu lagernden Lenkwelle als unteres Schrägwälzlager geeignet. Für einen Toleranzausgleich zwischen der Lenkwelle und dem Schrägwälzlager ist ein Toleranzring, bevorzugt aus Kunststoff, vorgesehen.
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Bisher sind das Federelement und der Toleranzring als separate Einzelteile ausgeführt. Es wurde festgestellt, dass das Risiko eines Verlustes des Federelements bei einer Montage und/oder Wartung hoch ist.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass das Federelement und der Toleranzring einstückig, beispielsweise mittels Mehr-Komponenten-Spritzgießen, gebildet sind. Dadurch ist das Risiko eines Verlustes bei der Montage und/oder Wartung ausgeschlossen. Besonders vorteilhaft ist ein solcher Toleranzring mit einstückig gebildetem Federelement in einer Lagereinrichtung eingesetzt, welche ein oberes Schrägwälzlager mit zumindest einem massiv-umgeformten Lagerring umfasst, sodass lediglich eine sehr geringe Verspannkraft benötigt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das Federelement nicht einzig einer Vergleichmäßigung der eingeleiteten Verspannkraft dient, sondern mittels einer Verlängerung des Federwegs ein exaktes Einstellen der Verspannkraft, bevorzugt ohne Hilfsmittel, ermöglicht. Das Federelement ist in einer bevorzugten Ausführungsform, zumindest im verspannten Zustand, bündig mit dem Innendurchmesser des Toleranzrings ausgeführt, sodass das Federelement im Einsatz in einer Lenksäule mit der Lenkwelle in reibschlüssigen Kontakt steht. Damit wird die Haltekraft an dem Axialverspannelement reduziert. Unabhängig davon ist es nicht notwendig, dass das Federelement radial außen und/oder radial innen gegen eine radiale Verformung geführt beziehungsweise gehalten ist, weil die Verspannkraft angepasst an das Federelement derart gering ist, dass eine radiale Verformung zulässig, also ausreichend gering, ist. Das Federelement ist daher bevorzugt radial innen und/oder radial außen offen, also frei von einer Radialführung. Bevorzugt weist ein geeignetes Axialverspannelement keine Wandung mit axialer Erstreckung zum Führen des Federelements auf. Beispielsweise ist bei unterschiedlichen Materialien von dem Federelement und dem Toleranzring das Federelement mit dem Toleranzring stirnflächig verbunden, also eine Verbindungszone (mit oder ohne axiale Überlappung) parallel zu einer Radialebene, also mit axialer Flächennormale. Dabei sind eine Oberflächenrauigkeit oder Makrostrukturen, wie beispielsweise eine Riffelung, nicht ausgeschlossen. Damit ist ein solcher einstückig gebildeter Toleranzring mit Federelement besonders einfach ausgeführt und kostengünstig herstellbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Schrägwälzlagers vorgeschlagen, dass der Toleranzring und das Federelement aus zumindest zwei unterschiedlichen Materialien gebildet sind, wobei bevorzugt der Toleranzring aus einem Thermoplast und das Federelement aus thermoplastischen Elastomer, bevorzugt mittels eines Mehr-Komponenten-Spritzgussverfahren, hergestellt sind.
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Bei dieser Ausführungsform ist das einstückig gebildete Teil aus dem Toleranzring und dem Federelement aus zwei Materialien gebildet, bevorzugt mittels eines Mehr-Komponenten-Spritzgussverfahrens. Bevorzugt ist der Toleranzring aus einem Thermoplast, beispielsweise Polyamid oder Polyoxymethylen, und das Federelement aus einem thermoplastischen Elastomer, beispielsweise TPO aus Polypropylen und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk [PP/EPDM], Nitrilkautschuk [engl.: Nitrile-Butadiene-Rubber; NBR] und offenzelligem oder geschlossenzelligem Polyurethan-Elastomer [PUR] hergestellt.
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Das hier nun vorgeschlagene Mehr-Komponenten-Spritzgussverfahren, beispielsweise Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren, ist ein besonders kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines einstückigen Bauteils mit bereichsweise unterschiedlichen Werkstoffei genschaften.
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Beispielsweise ist das Federelement aus einem rechteckförmigen Vollmaterial gebildet. Dadurch ist die Federsteifigkeit sehr hoch.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Schrägwälzlagers vorgeschlagen, dass das Federelement zumindest ein blattfederartiges Bogenelement mit Amplitude in Axialrichtung umfasst.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Federelement von zumindest einem blattbogenartigen Bogenelement gebildet. Die Federsteifigkeit des Federelements ist von den Maßen und der Anzahl von Bogenelementen bestimmt. Die Amplitude bestimmt die Höhe des Bogenelements und ist als Verhältnis von einer Breite (in Umlaufrichtung um die Axialrichtung) und die Höhe definiert. Je größer die Amplitude ist, desto steiler ist das Bogenelement, also desto größer ist die Anstiegsvektorkomponente in der Axialrichtung. Mittels einer großen Anzahl von Bogenelementen und/oder einer großen Amplitude ist eine große Federsteifigkeit des Federelements erzielt.
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Mittels des zumindest einen blattfederförmigen Bogenelements ist eine Federsteifigkeit individuell anpassbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Lagereinrichtung für eine Lenkwelle einer Lenksäule mit einer Drehachse vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein unteres Schrägwälzlager mit einem Toleranzring und einem Federelement;
- - ein oberes Schrägwälzlager mit einem massiv-umgeformten oberen Lagerinnenring und/oder oberen Lageraußenring; und
- - ein Axialverspannelement für das untere Schrägwälzlager,
wobei mittels einer Verspannkraft, welche mittels des Federelements und übertragen über den Toleranzring in das untere Schrägwälzlager eingeleitet ist, das untere Schrägwälzlager und das obere Schrägwälzlager eine axial gegeneinander verspannte O-Lageranordnung bilden.
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Die Lagereinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement aus einem Kunststoff gebildet ist.
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Die hier vorgeschlagene Lagereinrichtung ist in Ihrer Funktion mit einer konventionellen Lagereinrichtung einer Lenksäule identisch. Bevorzugt ist diese Lagereinrichtung bauraumneutral einsetzbar. Die Lenkwelle ist im Einsatz in einer Lenksäule von dieser Lagereinrichtung in einem Wellengehäuse reibungsarm um ihre Drehachse verdrehbar abgestützt.
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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 des unteren Schrägwälzlagers bei Anschluss der Lenkwelle an ein Lenkgetriebe.
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Die Schrägwälzlager sind beispielsweise Kegelrollenlager. Bevorzugt ist ein Schrägkugellager verwendet, welches kostengünstig und gutmütig, also wenig aufwendig und wenig 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 beziehungsweise kegelförmiger Kraftleitung mit der Drehachse als Hochachse 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 jeweilige Schrägwälzlager.
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Das (untere) Federelement ist ein elastischer Energiespeicher, welcher die erforderliche (axiale) Verspannkraft aufbringt (beispielsweise axial abgestützt mittels eines Axialverspannelements), 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) Federelement ein rechteckiger elastomerartiger Quader. Das (untere) Federelement wirkt auf den Toleranzring und so mittelbar gegen den unteren Lagerinnenring des unteren Schrägwälzlagers. Der untere Lageraußenring ist axial abgestützt, sodass also die aufgebrachte (axiale) Verspannkraft des (unteren) Federelements durch die unteren Wälzkörper des unteren Schrägwälzlagers wegen der nach radial außen geneigten Kraftleitung über die unteren 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.
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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 der Kraftachsen in einer Schnittebene einer O-Lageranordnung ergibt.
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Hier ist nun abweichend von der allgemeinen Konstruktionsregel, wonach an beiden Lagerstellen einer Lageranordnung gleichartige Wälzlager, also eine symmetrische Lageranordnung, einzusetzen ist, 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.
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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) 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 (axialen) Verspannkraft, weil der radiale Federweg und das Lagerspiel eines solchen massiv-umgeformten Schrägwälzlagers geringer ist als bei einem aktuell eingesetzten Blech-Schrägwälzlager. Diese Verringerung der Verspannkraft bewirkt 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 steif-machenden anderen Lagerring, beispielsweise Blech-Lagerring, des oberen Schrägwälzlagers ausreichend. Für einen besonders hohen Steifigkeitszuwachs ist sowohl der (obere) Lagerinnenring als auch der (obere) Lageraußenring massiv-umgeformt.
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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 Verspannung noch weiter gesteigert, sodass der Unterschied zu anderen Schrägwälzlagern in dieser Anwendung überraschend groß ist.
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Ein weiterer positiver Effekt ist eine Verringerung der Geräuschemissionen, weil die massiv-umgeformten Bauteile auch in Kombination mit der geringeren Verspannung das Abwälzgeräusch besser dämpfen.
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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 Verspannung 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.
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Im Stand der Technik ist zwischen dem Axialverspannelement und dem unteren Lager ein Federelement aus Metall zum Verspannen vorgesehen. Das Federelement überträgt und speichert die Verspannkraft, ausgehend von dem Axialverspannelement und überträgt es an den Toleranzring, wobei der Toleranzring beispielsweise aus Kunststoff hergestellt ist. Der Vorteil eines zwischengeschalteten Federelements ist das Ausgleichen einer Setzung des Toleranzringes. Ein weiterer Vorteil ist eine verbesserte Justierbarkeit der Verspannkraft, ausgehend vom Axialverspannelement. Das Axialverspannelement, beispielsweise eine Nutmutter oder einen Sicherungsring, ist damit mit einem vergleichsweise langen axialen Weg sehr genau justierbar beziehungsweise eine eingestellte (axiale) Verspannkraft über einen vergleichsweise langen axialen Weg nahezu konstant. Infolge der verringerten (axialen) Verspannkraft, welche für das ausreichende Verspannen des massiv-umgeformten oberen Schrägwälzlagers in gleicher Betragshöhe auf das untere Schrägwälzlager wirkt, ist die benötigte Federsteifigkeit des Federelements deutlich reduziert. Es kann auf eine Steifigkeit in einem Bereich, wie von einem Federstahl bereitstellbar, verzichtet werden. Vielmehr ist eine übliche Steifigkeit eines Elastomers ausreichend.
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Hier ist nun also vorgeschlagen, dass das Federelement aus Kunststoff, bevorzugt einem gummielastischen Kunststoff, beispielsweise einem Elastomer beziehungsweise elastomerartigen Kunststoff, hergestellt ist. Ein aus Kunststoff hergestelltes Federelement ist kostengünstiger und damit wirtschaftlicher als ein aus Metall hergestelltes Federelement.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lagereinrichtung vorgeschlagen, dass das untere Schrägwälzlager nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung gebildet ist.
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In dieser vorteilhaften Ausführungsform ist eine benutzerfreundlichere Montage infolge der Einstückigkeit von dem Federelement und dem Toleranzring erzielt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Lenkwelle zum Anschließen eines Lenkrads;
- - ein Wellengehäuse zum Aufnehmen 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.
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Die Lenksäule ist zum direkten oder indirekten Ansteuern eines Lenkgetriebes eingerichtet. Die Lenkwelle ist fixiert oder verstellbar in axialer (ausziehbar) und/oder radialer (höhenverstellbar) Richtung. 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.
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Das Wellengehäuse, auch als Mantelrohr bezeichnet, ist zu der (oberen) Lenkwelle axial fixiert, wobei in der Regel das Wellengehäuse mittels der Lagereinrichtung die Lenkwelle positioniert, und bildet zugleich das Widerlager (mittelbar oder unmittelbar) für die Lageraußenringe der O-Lageranordnung. In einer Ausführungsform ist das Wellengehäuse an einem axial fixierten Träger lösbar fixiert, um das Lenkrad in axialer und/oder radialer Richtung verstellen zu können, sodass in einer gelösten Stellung das Wellengehäuse (mit der oberen Lenkwelle) axial (wie auch radial) verschiebbar ist und in der fixierten Stellung das Wellengehäuse fixiert ist, und damit die obere Lenkwelle axial wie radial fixiert ist. Das Wellengehäuse ist in der Regel um die Drehachse der Lagereinrichtung nicht verdrehbar. Die obere Lenkwelle ist somit mittels der Lagereinrichtung in O-Lageranordnung an dem Wellengehäuse verdrehbar um die Drehachse abgestützt und damit mittelbar an dem Träger für das Wellengehäuse abgestützt.
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Die hier vorgeschlagene Lenksäule ist mit einer besonders vorteilhaften Lagereinrichtung ausgeführt, sodass eine geringe Geräuschemission, eine geringe Verspannkraft und eine leichte Montierbarkeit bei zugleich insgesamt geringen Kosten für die Lagereinrichtung erzielt ist.
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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: eine schematische Schnittansicht einer Lenksäule mit einer ersten Ausführungsform eines Federelements;
- 2: eine geschnittene Detailansicht eines unteren Schrägwälzlagers mit einer ersten Ausführungsform des Federelements;
- 3: eine schematische Schnittansicht eines Toleranzringes mit einer zweiten Ausführungsform eines Federelements; und
- 4: ein Kraftfahrzeug mit Lenksäule.
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In 1 ist eine Lenksäule 4 mit einer mittels einer Lagereinrichtung 2 in einem Wellengehäuse 22, auch als Mantelrohr bezeichnet, gelagerten (beispielsweise oberen) Lenkwelle 3 schematisch im Schnitt dargestellt. Die Axialrichtung 14 verläuft entlang der Drehachse 5. Die Radialrichtung 15 verläuft in einer Radialebene, zu welcher die Axialrichtung 14 normal ausgerichtet ist. Die Lenkwelle 3 ist mittels des oberen Schrägwälzlagers 16 und des unteren Schrägwälzlagers 1 der Lagereinrichtung 2 um die Drehachse 5 drehbar gelagert. Das untere Schrägwälzlager 1 ist als Blech-Lager ausgebildet und weist einen unteren Lagerinnenring 7, einen unteren Lageraußenring 6 und eine Mehrzahl von in einem (hier optional vorgesehenen) unteren Lagerkäfig 23 geführten unteren Wälzkörpern 8, hier Kugelkörper, auf. Zur Kompensation der Fertigungstoleranzen ist beim unteren Schrägwälzlager 1 ein Toleranzring 9 vorgesehen. An dem Toleranzring 9 ist ein einstückig gebildetes, hier als Bogenelement 12 und mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens hergestelltes, Federelement 10 vorgesehen. Beim oberen Schrägwälzlager 16 ist hier ein massiv-umgeformter oberer Lagerinnenring 17 und oberer Lageraußenring 18 eingesetzt. Die Mehrzahl der oberen Wälzkörper 24, welche hier (optional) ebenfalls in einem oberen Lagerkäfig 25 geführt sind, sind hier (optional) ebenfalls als Kugelkörper ausgeführt. Bei dem gezeigten oberen Schrägwälzlager 16 ist (optional) eine Winkellasche 26 vorgesehen. Aufgrund der deutlich geringeren Fertigungstoleranzen des Massiv-Umform-Verfahrens kann ein (oberer) Klemmring entfallen. Dadurch ist die notwendige Axialkraft zum Verspannen des oberen Schrägwälzlagers 16 beziehungsweise zum Verringern des Radialspiels reduziert. Hier ist (optional) zur Übertragung der Crashlast ein Sicherungsring 27 in einer Nut in der Lenkwelle 3 bei, hier beabstandet von, dem oberen Lagerinnenring 17 angeordnet. Dadurch ist die Verspannkraft 11 auf das untere Schrägwälzlager 1 ebenfalls reduziert und damit ein Federelement 10, und bevorzugt auch ein Axialverspannelement 19, aus einem weichen Werkstoff einsetzbar, hier vorschlagsgemäß einem Gummi bevorzugt einem elastomerartigen Kunststoff. Dadurch ist ein Mehr-Komponenten-Spritzgussteil einsetzbar, wobei das Axialverspannelement 19 beispielsweise aus Polyamid oder Polyoxymethylen und das Federelement 10 aus einem thermoplastischen Elastomer fertigbar ist. Zudem ist die radiale Steifigkeit nicht allein des oberen Schrägwälzlagers 16, sondern der gesamten Lagereinrichtung 2 bei gleicher Verspannung im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform einer Lagereinrichtung 2 deutlich erhöht.
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In 2 ist eine schematische, geschnittene Detailansicht aus 1 eines unteren Schrägwälzlagers 1 mit einer ersten Ausführung eines Federelements 10 mit einer Mehrzahl von Bogenelementen 12 dargestellt. Insofern wird auf die vorhergehende Beschreibung zu der 1 verwiesen. Die Detailansicht ist ohne Lenkwelle 3 dargestellt. Dadurch sind die Bogenelemente 12 des Federelements 10 erkennbar. Das jeweilige blattfederförmige Bogenelement 12 ist hier (optional) mit seiner Öffnungsseite zu dem Toleranzring 9 ausgerichtet. Die Amplitude 13, welche die Höhe des Bogenelements 12 bestimmt, ist in Axialrichtung 14 ausgerichtet und weist (optional) von dem (unteren) Schrägwälzlager 1 weg hin zu dem Axialverspannelement 19 (vergleiche 1).
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In 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Toleranzrings 9 und eines Federelements 10 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt, wobei der Toleranzring 9 und das Federelement 10 einstückig miteinander verbunden sind. Das Federelement 10 ist in dieser Ausführungsform im (dargestellten) Querschnitt quaderförmig gebildet. Dadurch ergibt sich im Vergleich zu der ersten Ausführungsform des Federelements 10 (vergleiche 2), bei gleichem Material, eine höhere Federsteifigkeit.
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In 4 ist ein Kraftfahrzeug 20 gezeigt, bei welchem eine Vorderachse als eine Lenkachse 28 ausgeführt ist. Die Hinterachse 29 ist (optional) starr ausgeführt. An den Achsen 28,29 sind jeweils links und rechts Fahrzeugräder 30 paarig angeordnet, welche mitgeführt werden oder Vortriebsräder für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs 20 bilden. Die Fahrzeugräder 30 der Lenkachse 28 sind mittels eines Lenkgetriebes 31, hier als Lenktrapez ausgeführt, nach einem vorbestimmten Verhältnis verschwenkbar, hier mit Winkeleinschlag nach rechts dargestellt. Das Lenkgetriebe 31 ist mittels der Lenksäule 4, welche hier rein schematisch durchgehend gezeigt ist, ansteuerbar, wobei in der Fahrerkabine 32 von einem Fahrzeugfahrer über ein Lenkrad 21 ein entsprechender Lenkbefehl eingebbar ist. Die Lenksäule 4 ist bei einer direkten Lenkung in der Regel zur Erhöhung der Kollisionssicherheit für einen Fahrzeugfahrer geknickt ausgeführt und bei einer indirekten Lenkung ist eine, beispielsweise eine hydraulische und/oder elektrische, Lenkvorrichtung zwischengeschaltet.
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Das hier vorgeschlagene Schrägwälzlager beziehungsweise die Lagereinrichtung ist einfach montierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- unteres Schrägwälzlager
- 2
- Lagereinrichtung
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenksäule
- 5
- Drehachse
- 6
- unterer Lageraußenring
- 7
- unterer Lagerinnenring
- 8
- unterer Wälzkörper
- 9
- Toleranzring
- 10
- Federelement
- 11
- Verspannkraft
- 12
- Bogenelement
- 13
- Amplitude des Bogenelements
- 14
- Axialrichtung
- 15
- Radialrichtung
- 16
- oberes Schrägwälzlager
- 17
- oberer Lagerinnenring
- 18
- oberer Lageraußenring
- 19
- Axialverspannelement
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- Lenkrad
- 22
- Wellengehäuse
- 23
- unterer Lagerkäfig
- 24
- oberer Wälzkörper
- 25
- oberer Lagerkäfig
- 26
- Winkellasche
- 27
- Sicherungsring
- 28
- Lenkachse
- 29
- Hinterachse
- 30
- Fahrzeugrad
- 31
- Lenkgetriebe
- 32
- Fahrerkabine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60110511 T2 [0003]
- DE 102011008977 A1 [0003]
