DE102019212259A1 - Steering column assembly for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule (10) und einem Antrieb (11) zum axialen Verstellen der Lenksäule (10), welcher eine Zahnstange (12), eine Antriebseinheit (14) und ein mit einer Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) verbundenes Ritzel (18) aufweist, das mit der Zahnstange (12) im Eingriff ist, wobei in einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit (14) und der Zahnstange (12) ein Drehmomentbegrenzungselement (20; 120) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit (14) auf die Zahnstange (12) und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.The invention relates to a steering column arrangement (1) for a motor vehicle, with a steering column (10) and a drive (11) for axially adjusting the steering column (10), which has a rack (12), a drive unit (14) and an output shaft (16) of the drive unit (14) connected pinion (18) which is in engagement with the rack (12), a torque limiting element (20; 120) being arranged in a power transmission path between the drive unit (14) and the rack (12) which is designed to limit a torque acting from the drive unit (14) on the rack (12) and vice versa from a predetermined threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a steering column arrangement for a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

In der Regel sind Lenksäulen im Pkw manuell oder elektrisch in der Höhe und der Länge verstellbar. Speziell die Längsverstellung wird häufig als Teleskoprohr zwischen dem Gehäuse, welches die Schwenkbewegung für die Höhenverstellung ausführt, und dem Teleskoprohr, häufig als Crashrohr oder Führungsrohr bezeichnet, ausgeführt.As a rule, steering columns in cars are manually or electrically adjustable in height and length. In particular, the longitudinal adjustment is often implemented as a telescopic tube between the housing, which carries out the pivoting movement for the height adjustment, and the telescopic tube, often referred to as a crash tube or guide tube.

Des Weiteren weisen manche Lenksäulen eine sogenannte Easy-Entry-Funktion auf, welche es ermöglicht, dass ein Lenksäulenkörper der Lenksäule so tief einfahrbar ist, wie es ein Verstellbereich der Lenksäule erlaubt. Der Verstellbereich der Lenksäule weist in der Regel einen Hub von 25 mm bis 35 mm auf.In addition, some steering columns have a so-called easy-entry function, which enables a steering column body of the steering column to be retracted as deeply as an adjustment range of the steering column allows. The adjustment range of the steering column usually has a stroke of 25 mm to 35 mm.

Die DE 10 2008 060 225 B4 offenbart eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle, einem Klemmmechanismus zur Umsetzung einer stufenlosen Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung des Lenksäulenkörpers und einem Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall.The DE 10 2008 060 225 B4 discloses an adjustable steering column for a motor vehicle with a steering column body for mounting a rotatable steering shaft, a clamping mechanism for implementing a stepless adjustability of the steering shaft along the longitudinal direction of the steering column body and an energy absorption mechanism for energy-consuming displacement of the steering shaft in an accident.

Im Rahmen der Anwendung eines autonomen Fahrbetriebs des Fahrzeugs ist es jedoch wünschenswert, zum einen einen größeren Verstellbereich der Lenksäule zu ermöglichen, sodass die Lenksäule und eine daran angebrachte Lenkvorrichtung in einem autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs weitestgehend in einem Armaturenbrett bzw. einer Innenraumverkleidung des Fahrzeugs versenkbar ist und zum anderen die Funktionalität der Lenksäule erhalten bleibt, dass der Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall sowohl in einer Nominalposition der Lenksäule, d.h. in einem manuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs, sowie während der Verstellung der Lenksäule gegeben ist.In the context of the use of autonomous driving of the vehicle, however, it is desirable, on the one hand, to enable a larger adjustment range of the steering column so that the steering column and a steering device attached to it can largely be lowered into a dashboard or interior trim of the vehicle during autonomous driving of the vehicle and on the other hand, the functionality of the steering column is retained, so that the energy absorption mechanism for energy-consuming displacement of the steering shaft in the event of an accident is given both in a nominal position of the steering column, ie in a manual driving mode of the motor vehicle, and during the adjustment of the steering column.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine erweiterte Verstellbarkeit der Lenksäule ermöglicht und zudem im Crashfall einen effektiven Energieabsorptionsmechanismus bereitstellt, welcher in verschiedenen Betriebsmodi der Lenksäule seine Funktion erfüllen kann.The invention is therefore based on the object of providing an improved steering column arrangement for a motor vehicle which enables the steering column to be adjusted more extensively and, in the event of a crash, also provides an effective energy absorption mechanism which can fulfill its function in different operating modes of the steering column.

Die Aufgabe wird mit einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved with an adjustable steering column for a motor vehicle with the features of claim 1.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule und einem Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule, welcher eine Zahnstange, eine Antriebseinheit und ein mit einer Ausgangswelle der Antriebseinheit verbundenes Ritzel aufweist, das mit der Zahnstange im Eingriff ist, wobei in einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit und der Zahnstange ein Drehmomentbegrenzungselement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit auf die Zahnstange und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.The present invention provides a steering column arrangement for a motor vehicle, with a steering column and a drive for axially adjusting the steering column, which has a rack, a drive unit and a pinion connected to an output shaft of the drive unit, which is in engagement with the rack Power transmission path between the drive unit and the rack, a torque limiting element is arranged, which is designed to limit a torque acting from the drive unit on the rack and vice versa from a predetermined threshold value.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, zum einen, einen konstruktiv einfachen Mechanismus zur axialen Verstellung der Lenksäule zu ermöglichen. Dies wird durch Ausbilden der Lenksäule mit einer darin integral angeordneten Zahnstange ermöglicht, welche mit einem Ritzel der Antriebseinheit im Eingriff ist. Somit kann der Mechanismus zur axialen Verstellung der Lenksäule mit einer geringen Anzahl beweglicher Teile, wenigen Komponenten und reduzierter Komplexität bereitgestellt werden.One idea of the present invention is, on the one hand, to enable a structurally simple mechanism for the axial adjustment of the steering column. This is made possible by forming the steering column with a rack integrally arranged therein which meshes with a pinion of the drive unit. Thus, the mechanism for axially adjusting the steering column can be provided with a small number of moving parts, few components and reduced complexity.

Weiterhin ermöglicht das Vorsehen des Drehmomentbegrenzungselements, dass während eines normalen Betriebs einer Verstellung der Lenksäule das durch die Antriebseinheit erzeugte Drehmoment über das mit der Zahnstange im Eingriff befindliche Ritzel übertragbar ist.Furthermore, the provision of the torque limiting element enables the torque generated by the drive unit to be transmitted via the pinion which is in engagement with the rack during normal operation of an adjustment of the steering column.

Des Weiteren kann im Falle einer Fahrzeugkollision eine zumindest abschnittsweise auf die Lenksäule axial wirkende Aufprallenergie, welche in einer Drehmomentübertragung von der Zahnstange auf das Ritzel resultiert durch die am Drehmomentbegrenzungselement vorgenommene Drehmomentbegrenzung absorbiert werden.Furthermore, in the event of a vehicle collision, impact energy acting axially at least in sections on the steering column, which results in a torque transmission from the rack to the pinion, can be absorbed by the torque limitation performed on the torque limitation element.

Die Drehmomentbegrenzung ermöglicht somit eine axiale Verstellung der Lenksäule in Richtung der wirkenden Aufprallenergie, wobei das Drehmomentbegrenzungselement eine Gegenkraft bzw. einen Verstellwiderstand der Lenksäule in Axialrichtung und damit eine effektive Energieabsorption der erzeugten Aufprallenergie bereitstellt.The torque limitation thus enables an axial adjustment of the steering column in the direction of the impact energy, the torque limiting element providing a counterforce or an adjustment resistance of the steering column in the axial direction and thus effective energy absorption of the impact energy generated.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and developments emerge from the subclaims and from the description with reference to the figures.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Drehmomentbegrenzungselement durch einen zwischen einer Innenoberfläche einer Öffnung des Ritzels und einer Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit angeordneten Toleranzring ausgebildet ist. Der Toleranzring ist somit in vorteilhafter Weise in der Lage, durch das Entstehen von Schlupf ab dem vorbestimmten Schwellwert eine effektive Drehmomentbegrenzung der Kraftübertragung zwischen Antriebseinheit und Zahnstange sowie umgekehrt zu ermöglichen.According to a preferred development it is provided that the torque limiting element is formed by a tolerance ring arranged between an inner surface of an opening of the pinion and an outer surface of the output shaft of the drive unit. The tolerance ring is thus advantageously able to enable an effective torque limitation of the power transmission between the drive unit and the rack and vice versa due to the occurrence of slip from the predetermined threshold value.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring auf die Ausgangswelle der Antriebseinheit aufgepresst und mit dem Ritzel drehfest verbunden ist. Bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts entsteht somit in vorteilhafter Weise zwischen der Innenoberfläche des Toleranzrings und der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit entsprechender Schlupf.According to a further preferred development, it is provided that the tolerance ring is pressed onto the output shaft of the drive unit and connected to the pinion in a rotationally fixed manner. When the predetermined threshold value is exceeded, a corresponding slip occurs in an advantageous manner between the inner surface of the tolerance ring and the outer surface of the output shaft of the drive unit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an der Innenoberfläche der Öffnung in das Ritzel eingepresst und mit der Ausgangswelle der Antriebseinheit drehfest verbunden ist. Auch in dieser Konfiguration kann somit in vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts somit in vorteilhafter Weise zwischen der Innenoberfläche des Ritzels und der Außenoberfläche des Toleranzrings entsprechender Schlupf entsteht.According to a further preferred development, it is provided that the tolerance ring is pressed into the pinion on the inner surface of the opening and is non-rotatably connected to the output shaft of the drive unit. In this configuration, too, it can be provided in an advantageous manner that when the predetermined threshold value is exceeded, a corresponding slip occurs in an advantageous manner between the inner surface of the pinion and the outer surface of the tolerance ring.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an einer Außenoberfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, wobei eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit ist. Aufgrund der höheren Flächenpressung der ersten Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels gegenüber der zweiten Kontaktfläche der Innenoberfläche des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit kann in vorteilhafter Weise die Drehfestigkeit zwischen dem Toleranzring und der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels gewährleistet werden.According to a further preferred development, it is provided that the tolerance ring has a plurality of projections on an outer surface, a first contact surface of the projections of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the pinion being less than a second contact surface of an inner surface of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft Drive unit is. Due to the higher surface pressure of the first contact surface of the projections of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the pinion compared to the second contact surface of the inner surface of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft of the drive unit, the torsional strength between the tolerance ring and the inner surface of the opening of the pinion can advantageously be ensured become.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an einer Innenoberfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, wobei eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels ist. Aufgrund der höheren Flächenpressung der dritten Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit gegenüber der vierten Kontaktfläche der Außenoberfläche des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels kann in vorteilhafter Weise die Drehfestigkeit zwischen dem Toleranzring und der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit gewährleistet werden.According to a further preferred development it is provided that the tolerance ring has a plurality of projections on an inner surface, with a third contact surface of the projections of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft of the drive unit less than a fourth contact surface of an outer surface of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the Pinion is. Due to the higher surface pressure of the third contact surface of the projections of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft of the drive unit compared to the fourth contact surface of the outer surface of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the pinion, the torsional strength between the tolerance ring and the outer surface of the output shaft of the drive unit can be ensured in an advantageous manner become.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring entlang dessen Umfang einen Unterbrechungsspalt aufweist. Der Unterbrechungsspalt stellt in vorteilhafter Weise sicher, dass der Toleranzring eine ausreichende Expansionsfähigkeit im Falle von thermischen Einwirkungen aufweist.According to a further preferred development it is provided that the tolerance ring has an interruption gap along its circumference. The interruption gap advantageously ensures that the tolerance ring has sufficient expandability in the event of thermal effects.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit an einer fahrzeugfest angeordneten Platte befestigt ist, und wobei die Platte eine Öffnung aufweist, durch welche die Ausgangswelle der Antriebseinheit durchgeführt ist. Somit kann die Antriebseinheit aufgrund ihrer Anordnung auf der fahrzeugfest angeordneten Platte effektiv von der Lenksäule getrennt bzw. entkoppelt werden.According to a further preferred development, it is provided that the drive unit is fastened to a plate that is fixed to the vehicle, and the plate has an opening through which the output shaft of the drive unit is passed. Thus, the drive unit can be effectively separated or decoupled from the steering column due to its arrangement on the plate fixedly arranged in the vehicle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Sperrmoment der Antriebseinheit größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement maximal zwischen Antriebseinheit und Zahnstange übertragbares Drehmoment ist. Die im Falle einer Fahrzeugkollision im Wesentlichen in Axialrichtung der Lenksäule wirkende axiale Aufprallenergie kann somit in vorteilhafter Weise durch das Drehmomentbegrenzungselement aufgenommen bzw. absorbiert werden.According to a further preferred development, it is provided that a locking torque of the drive unit is greater than a maximum torque that can be transmitted between the drive unit and the rack by the torque limiting element. In the event of a vehicle collision, the axial impact energy acting essentially in the axial direction of the steering column can thus advantageously be absorbed or absorbed by the torque limiting element.

Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass aufgrund der Ausführung der Antriebseinheit mit einem höheren Sperrmoment als dem durch das Drehmomentbegrenzungselement maximal übertragbaren Drehmoment, eine Beschädigung der Antriebseinheit verhindert und zugleich eine effektive Energieabsorption der Aufprallenergie durch die kontrollierte Verschiebbarkeit der Lenksäule aufgrund des durch das Drehmomentbegrenzungselement erzeugte Gegenmoment ermöglicht werden.At the same time, it can be ensured that, due to the design of the drive unit with a higher locking torque than the maximum torque that can be transmitted by the torque limiting element, damage to the drive unit is prevented and, at the same time, it enables effective energy absorption of the impact energy through the controlled displacement of the steering column due to the counter-torque generated by the torque limiting element become.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Drehmomentbegrenzungselement durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet ist. Das Drehmomentbegrenzungselement kann somit in vorteilhafter Weise auf unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein, um die erfindungsgemäße Funktion der Drehmomentbegrenzung zwischen Antriebseinheit und Zahnstange zu ermöglichen.According to a further preferred development, it is provided that the torque limiting element is formed by a friction clutch, in particular a slip clutch, a locking body clutch, a hydrodynamic clutch or an electrodynamic clutch. The torque limiting element can thus advantageously be designed in the most varied of ways in order to achieve the Enable function of torque limitation between drive unit and rack.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit durch eine elektrische Maschine oder eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine ausgebildet ist. Unter dem Begriff der Antriebseinheit können somit eine Mehrzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bzw. Ausbildungen der Antriebseinheit verstanden werden.According to a further preferred development, it is provided that the drive unit is formed by an electrical machine or a unit comprising an electrical machine coupled to a transmission. The term drive unit can therefore be understood to mean a plurality of different embodiments or configurations of the drive unit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zahnstange an der Lenksäule und die Antriebseinheit fahrzeugfest angeordnet ist, wobei die Lenksäule relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit entlang der an der Lenksäule angeordneten Zahnstange axial verstellbar ist. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt somit in der konstruktiv einfachen und kompakten Ausführung der Verstellbarkeit der Lenksäule, welche durch die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht wird.According to a further preferred development it is provided that the rack is arranged on the steering column and the drive unit is fixed to the vehicle, the steering column being axially adjustable relative to the drive unit fixed to the vehicle along the rack arranged on the steering column. One advantage of the present invention is therefore the structurally simple and compact design of the adjustability of the steering column, which is made possible by the arrangement according to the invention.

Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.The configurations and developments described can be combined with one another as desired.

Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.Further possible configurations, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.The accompanying drawings are intended to provide a further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, in conjunction with the description, serve to explain principles and concepts of the invention.

Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.Other embodiments and many of the advantages mentioned emerge with a view to the drawings. The elements shown in the drawings are not necessarily shown true to scale with one another.

Es zeigen:

  • 1 eine Längsschnittansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der in 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Details der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung eines in eine Zahnstange der Lenksäule eingreifendes Ritzel sowie ein Drehmomentbegrenzungselement der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 5 eine vergrößerte Detailansicht der in 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Show it:
  • 1 a longitudinal sectional view of a steering column assembly for a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention;
  • 2 an enlarged detailed view of the in 1 shown longitudinal sectional view of the steering column assembly for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention;
  • 3 a schematic representation of a detail of the steering column arrangement for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention;
  • 4th a schematic representation of a pinion engaging a rack of the steering column and a torque limiting element of the steering column arrangement for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention; and
  • 5 an enlarged detailed view of the in 1 shown longitudinal sectional view of the steering column arrangement for the motor vehicle according to a further preferred embodiment of the invention.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures of the drawings, the same reference symbols denote the same or functionally identical elements, parts or components, unless stated otherwise.

1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a longitudinal sectional view of a steering column arrangement for a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention.

Die Lenksäulenanordnung 1 für das Kraftfahrzeug weist eine Lenksäule 10 und einen Antrieb 11 zum axialen Verstellen der Lenksäule 10 auf. Der Antrieb 11 zum axialen Verstellen der Lenksäule 10 weist eine an der Lenksäule 10 angeordnete Zahnstange 12, eine fahrzeugfest angeordnete Antriebseinheit 14 und ein mit einer Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 verbundenes Ritzel 18 auf.The steering column assembly 1 for the motor vehicle has a steering column 10 and a drive 11 for axial adjustment of the steering column 10 on. The drive 11 for axial adjustment of the steering column 10 has one on the steering column 10 arranged rack 12 , a drive unit fixed to the vehicle 14th and one with an output shaft 16 the drive unit 14th connected pinion 18th on.

Alternativ kann beispielsweise die Zahnstange 12 fahrzeugfest und die Antriebseinheit 14 an der Lenksäule 10 angeordnet sein.Alternatively, for example, the rack 12 fixed to the vehicle and the drive unit 14th on the steering column 10 be arranged.

Die Antriebseinheit 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine, welche auch als Motor/Getriebeeinheit oder Powerpack bezeichnet wird, ausgebildet.The drive unit 14th is formed in the present embodiment by a unit comprising an electrical machine coupled to a transmission, which is also referred to as a motor / transmission unit or power pack.

Die Lenksäule 10 ist relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit 14 entlang der an der Lenksäule 10 angeordneten Zahnstange axial verstellbar. Ein durch die Antriebseinheit 14 erzeugtes Drehmoment wird somit durch das Ritzel 18 auf die Zahnstange 12 übertragen. Die Drehbewegung des Ritzels 18 bewirkt somit das axiale Verstellen der Lenksäule 10 entlang der Zahnstange 12 relativ zur Antriebseinheit 14.The steering column 10 is relative to the drive unit which is fixed to the vehicle 14th along the on the steering column 10 arranged rack axially adjustable. One through the drive unit 14th torque generated is thus through the pinion 18th on the rack 12 transfer. The rotation of the pinion 18th thus effects the axial adjustment of the steering column 10 along the rack 12 relative to the drive unit 14th .

2 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung der in 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 2 shows an enlarged detailed representation of the in 1 shown longitudinal sectional view of the steering column assembly for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention.

Der Antrieb 11 weist die an der Lenksäule 10 angeordnete Zahnstange 12, die fahrzeugfest angeordnete Antriebseinheit 14 und das mit der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 verbundene Ritzel 18 auf. Das Ritzel 18 ist mit der Zahnstange 12 im Eingriff.The drive 11 indicates the on the steering column 10 arranged rack 12 , the drive unit fixed to the vehicle 14th and that with the output shaft 16 the drive unit 14th connected pinions 18th on. The pinion 18th is with the rack 12 in engagement.

In einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit 14 und der Zahnstange 12 ist ein Drehmomentbegrenzungselement 20 angeordnet. Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist dazu ausgebildet, ein von der Antriebseinheit 14 auf die Zahnstange 12 und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.In a power transmission path between the drive unit 14th and the rack 12 is a torque limiting element 20th arranged. The torque limiting element 20th is designed to be one of the drive unit 14th on the rack 12 and vice versa to limit torque from a predetermined threshold value.

Die Antriebseinheit 14 ist an einer fahrzeugfest angeordneten Platte 24 befestigt. Die Platte 24 weist eine Öffnung 26 auf, durch welche die Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 durchgeführt ist.The drive unit 14th is on a plate fixed to the vehicle 24 attached. The plate 24 has an opening 26th on through which the output shaft 16 the drive unit 14th is carried out.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Details der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a schematic representation of a detail of the steering column arrangement for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention.

Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist durch einen zwischen einer Innenoberfläche 18a1 einer Öffnung des Ritzels 18 und einer Außenoberfläche der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 angeordneten Toleranzring ausgebildet.The torque limiting element 20th is through an opening between an inner surface 18a1 of the pinion 18th and an outer surface of the output shaft 16 the drive unit 14th arranged tolerance ring formed.

Der Toleranzring ist auf der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 aufgepresst und mit dem Ritzel 18 drehfest verbunden.The tolerance ring is on the output shaft 16 the drive unit 14th pressed on and with the pinion 18th non-rotatably connected.

Ein Sperrmoment der Antriebseinheit 14 ist größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement 20 maximal zwischen Antriebseinheit 14 und Zahnstange 12 übertragbares Drehmoment.A locking torque of the drive unit 14th is greater than one by the torque limiting element 20th maximum between drive unit 14th and rack 12 Transmittable torque.

Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, ausgebildet. Alternativ kann das Drehmomentbegrenzungselement beispielsweise durch eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet sein.The torque limiting element 20th is formed in the present embodiment by a friction clutch, in particular a slip clutch. Alternatively, the torque limiting element can be formed, for example, by a locking body coupling, a hydrodynamic coupling or an electrodynamic coupling.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines in eine Zahnstange der Lenksäule eingreifendes Ritzel sowie ein Drehmomentbegrenzungselement der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 4th shows a schematic illustration of a pinion engaging a rack of the steering column and a torque limiting element of the steering column arrangement for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention.

Der Toleranzring weist an einer Außenoberfläche 20a eine Mehrzahl von Vorsprüngen 20b auf. Eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge 20b des Toleranzrings mit der Innenoberfläche 18a1 der Öffnung 18a des Ritzels 18 ist geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche 20c des Toleranzrings mit der Außenoberfläche 16a der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14.The tolerance ring has an outer surface 20a a plurality of protrusions 20b on. A first contact surface of the protrusions 20b of the tolerance ring with the inner surface 18a1 of the opening 18a of the pinion 18th is less than a second contact area of an inner surface 20c of the tolerance ring with the outer surface 16a the output shaft 16 the drive unit 14th .

Der Toleranzring weist entlang dessen Umfang zudem einen Unterbrechungsspalt 22 auf. Der Unterbrechungsspalt ermöglicht eine thermische Ausdehnung des Toleranzrings.The tolerance ring also has an interruption gap along its circumference 22nd on. The interruption gap enables thermal expansion of the tolerance ring.

Die an der Außenoberfläche 20a ausgebildete Mehrzahl von Vorsprüngen 20b des Drehmomentbegrenzungselements 20 sind in der vorliegenden Ausführungsform gestanzt. Alternativ können die Mehrzahl von Vorsprüngen 20b des Drehmomentbegrenzungselements 20 auf andere Art und Weise in das Drehmomentbegrenzungselement 20 eingebracht werden.The ones on the outside surface 20a formed plurality of protrusions 20b of the torque limiting element 20th are punched in the present embodiment. Alternatively, the plurality of protrusions 20b of the torque limiting element 20th in another way in the torque limiting element 20th be introduced.

Eine alternative Möglichkeit besteht beispielsweise in der additiven Fertigung des Drehmomentbegrenzungselements oder in einem Ausfräsen des Drehmomentbegrenzungselements 20 zum Erreichen der gewünschten Formgebung.An alternative possibility is, for example, the additive manufacturing of the torque limiting element or milling out the torque limiting element 20th to achieve the desired shape.

5 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der in 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 5 FIG. 11 shows an enlarged detailed view of FIG 1 shown longitudinal sectional view of the steering column arrangement for the motor vehicle according to a further preferred embodiment of the invention.

Der Toleranzring ist in der vorliegenden alternativen Ausführungsform an der Innenoberfläche 18a1 der Öffnung 18a in das Ritzel 18 eingepresst und mit der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 drehfest verbunden.In the present alternative embodiment, the tolerance ring is on the inner surface 18a1 of the opening 18a in the pinion 18th pressed in and with the output shaft 16 the drive unit 14th non-rotatably connected.

Das durch den Toleranzring ausgebildete Drehmomentbegrenzungselement 120 der vorliegenden Ausführungsform weist an einer Innenoberfläche 120c eine Mehrzahl von Vorsprüngen 120b auf. Eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge 120b des Toleranzrings mit der Außenoberfläche 16a der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 ist geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche 120d des Toleranzrings mit der Innenoberfläche 18a1 der Öffnung 18a des Ritzels 18.The torque limiting element formed by the tolerance ring 120 the present embodiment has an inner surface 120c a plurality of protrusions 120b on. A third contact surface of the protrusions 120b of the tolerance ring with the outer surface 16a the output shaft 16 the drive unit 14th is less than a fourth contact area of an outer surface 120d of the tolerance ring with the inner surface 18a1 of the opening 18a of the pinion 18th .

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (12)

Lenksäulenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule (10) und einem Antrieb (11) zum axialen Verstellen der Lenksäule (10), welcher eine Zahnstange (12), eine Antriebseinheit (14) und ein mit einer Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) verbundenes Ritzel (18) aufweist, das mit der Zahnstange (12) im Eingriff ist, wobei in einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit (14) und der Zahnstange (12) ein Drehmomentbegrenzungselement (20; 120) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit (14) auf die Zahnstange (12) und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.Steering column arrangement (1) for a motor vehicle, with a steering column (10) and a drive (11) for the axial adjustment of the steering column (10), which has a rack (12), a drive unit (14) and an output shaft (16) of the Drive unit (14) has connected pinion (18) which is in engagement with the rack (12), wherein a torque limiting element (20; 120) is arranged in a power transmission path between the drive unit (14) and the rack (12), which for this purpose is designed to limit a torque acting by the drive unit (14) on the rack (12) and vice versa from a predetermined threshold value. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentbegrenzungselement (20) durch einen zwischen einer Innenoberfläche (18a1) einer Öffnung (18a) des Ritzels (18) und einer Außenoberfläche (16a) der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) angeordneten Toleranzring ausgebildet ist.Steering column arrangement according to Claim 1 , characterized in that the torque limiting element (20) is formed by a tolerance ring arranged between an inner surface (18a1) of an opening (18a) of the pinion (18) and an outer surface (16a) of the output shaft (16) of the drive unit (14). Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring auf die Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) aufgepresst und mit dem Ritzel (18) drehfest verbunden ist.Steering column arrangement according to Claim 2 , characterized in that the tolerance ring is pressed onto the output shaft (16) of the drive unit (14) and is non-rotatably connected to the pinion (18). Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring an der Innenoberfläche (18a1) der Öffnung (18a) in das Ritzel (18) eingepresst und mit der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) drehfest verbunden ist.Steering column arrangement according to Claim 2 , characterized in that the tolerance ring is pressed into the pinion (18) on the inner surface (18a1) of the opening (18a) and is non-rotatably connected to the output shaft (16) of the drive unit (14). Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring an einer Außenoberfläche (20a) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (20b) aufweist, wobei eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge (20b) des Toleranzrings mit der Innenoberfläche (18a1) der Öffnung (18a) des Ritzels (18) geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche (20c) des Toleranzrings mit der Außenoberfläche (16a) der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) ist.Steering column arrangement according to Claim 2 , characterized in that the tolerance ring has a plurality of projections (20b) on an outer surface (20a), a first contact surface of the projections (20b) of the tolerance ring with the inner surface (18a1) of the opening (18a) of the pinion (18) being smaller as a second contact surface of an inner surface (20c) of the tolerance ring with the outer surface (16a) of the output shaft (16) of the drive unit (14). Lenksäulenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring an einer Innenoberfläche (120c) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (120b) aufweist, wobei eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge (120b) des Toleranzrings mit der Außenoberfläche (16a) der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche (120d) des Toleranzrings mit der Innenoberfläche (18a1) der Öffnung (18a) des Ritzels (18) ist.Steering column arrangement according to Claim 3 , characterized in that the tolerance ring has a plurality of projections (120b) on an inner surface (120c), a third contact surface of the projections (120b) of the tolerance ring with the outer surface (16a) of the output shaft (16) of the drive unit (14) being smaller as a fourth contact surface of an outer surface (120d) of the tolerance ring with the inner surface (18a1) of the opening (18a) of the pinion (18). Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring entlang dessen Umfang einen Unterbrechungsspalt (22) aufweist.Steering column arrangement according to one of the Claims 2 to 6th , characterized in that the tolerance ring has an interruption gap (22) along its circumference. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14) an einer fahrzeugfest angeordneten Platte (24) befestigt ist, und wobei die Platte (24) eine Öffnung (26) aufweist, durch welche die Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) durchgeführt ist.Steering column arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit (14) is attached to a plate (24) fixed to the vehicle, and wherein the plate (24) has an opening (26) through which the output shaft (16) of the drive unit (14) is carried out. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrmoment der Antriebseinheit (14) größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement (20) maximal zwischen Antriebseinheit (14) und Zahnstange (12) übertragbares Drehmoment ist.Steering column arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a locking torque of the drive unit (14) is greater than a maximum torque that can be transmitted by the torque limiting element (20) between the drive unit (14) and the rack (12). Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentbegrenzungselement (20) durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet ist.Steering column arrangement according to Claim 1 , characterized in that the torque limiting element (20) is formed by a friction clutch, in particular a slip clutch, a locking body clutch, a hydrodynamic clutch or an electrodynamic clutch. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14) durch eine elektrische Maschine oder eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine ausgebildet ist.Steering column arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit (14) is formed by an electrical machine or a unit comprising an electrical machine coupled to a transmission. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (12) an der Lenksäule (10) und die Antriebseinheit (14) fahrzeugfest angeordnet ist, wobei die Lenksäule (10) relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit (14) entlang der an der Lenksäule (10) angeordneten Zahnstange (12) axial verstellbar ist.Steering column arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the rack (12) is arranged on the steering column (10) and the drive unit (14) is fixed to the vehicle, the steering column (10) relative to the drive unit (14) arranged fixed to the vehicle along the the steering column (10) arranged rack (12) is axially adjustable.
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